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基于聲波透射法的樁基無損測試分析

發表時間:2019/8/23   來源:《建筑學研究前沿》2019年10期   作者:李創明
[導讀] 聲波透射法是一種可靠,直觀的基樁完整性檢測方法,能通過聲速、波幅、PSD曲線快速確定缺陷的大致深度范圍。鉆孔取芯結果驗證了該方法的有效性和準確性。

深圳市港嘉工程檢測有限公司  廣東省深圳市  518126
        摘要:聲波透射法是一種可靠,直觀的基樁完整性檢測方法,能通過聲速、波幅、PSD曲線快速確定缺陷的大致深度范圍。鉆孔取芯結果驗證了該方法的有效性和準確性。同時,聲波透射法的多種檢測方式,如扇測、平測相結合,可進行基樁CT像。隨著科學技術的發展,儀器性能的改進聲波透射法將會得到更好的發展。本文基于聲波透射法的樁基無損測試分析展開論述。
        關鍵詞:基于;聲波透射法;樁基無損測試;分析
       
        
        引言
        聲波透射法適用于大跨度橋梁的樁基檢測中,并不會受到樁基長度的限制,在一定程度上彌補了高應變動測、低應變動測的缺陷。聲波投射檢測的原理,是將橋梁樁體作為傳播介質,在超聲波的傳輸過程中,檢測其聲速、波幅、能量的變化,進而對樁身混凝土進行質量判斷。在聲波透射檢測中,可以進行定量分析,根據其聲速、波幅、能量的變化,發現樁體內部的缺陷并準確判斷其位置。聲波的傳播不均勻,反映出樁基的完整性差。為了更加全面地了解樁體結構的質量,需要進行平測、斜測以及扇形掃射,獲取準確的數據。根據聲時平均值、二倍標準差,可以準確反映出樁體的缺陷問題。
        1橋梁樁基的常見病害
        樁基是橋梁結構的基礎,其連接著承臺和橋梁,承載著上部結構的壓力。橋梁樁基的穩定性,直接影響到橋梁整體質量。受到施工、環境等因素的影響,橋梁樁基在施工后可能出現沉渣、離析、樁徑縮小等病害,進而導致樁基質量的下降。其中沉渣、離析等病害的出現,與施工因素有關。在混凝土攪拌的過程中,由于攪拌不均勻,在固結成形后,其內部存在骨料旋浮的情況,進而發生離析,容易出現形變。施工過程中未能徹底清理樁孔,則會出現沉渣現象。樁徑縮小主要與環境因素有關。在橋梁樁基施工地點,由于地層含水量高,樁基長期受到流水沖刷,進而導致混凝土變薄,進而導致樁徑縮小。在橋梁樁基常見病害的檢測中,根據結構測試結構,分析橋梁樁基結構的物理性質,從中反映出樁基構件的承載力。高應變動測法、低應變動測法、聲波透射法以及鉆芯法等檢測方法屬于無損檢測技術,在檢測過程中,能夠避免損傷橋梁樁基結構,及時發現樁基內部存在病害問題。
        2檢測原理和檢測要求
        灌注樁成孔之后,再開始澆筑,工作者需要開展被測樁的聲測管工作(豎向、平行法),并固定于鋼筋籠之上,將聲波發射與接收換能器放在對應的聲測管內。在具體的監測過程中,需要確保在管當中,將清水作為耦合劑注滿,對發射換能器檢測,發射脈沖,當信號穿透樁體混凝土到達接收換能器后,對信號可進行讀取,讀出其接收波的頻率、聲速等內容。混凝土中所穿入的聲波脈沖信號在傳播時,可能會出現折、反、多次繞射等情況,造成信號的部分參數發生變化,如波形頻率、振動幅度等,在這樣的情況下,所接收的信號里會帶有相關傳播介質密實缺陷、完整度缺陷等。通過相應的檢測設備,分析接收的信號中不同的聲參量,并判斷出混凝土樁身是否完整,以此更好地了解基樁所存在的問題。
        3聲波透射法概述
        從原理上來看,聲波透射法主要是利用了超聲波在經過不同聲阻抗的聲學界面時會發生聲學變化的特性。混凝土樁雖然主要是由混凝土構成,但受混凝土自身密度的影響,其中也同樣存在少量的空氣和水,而混凝土基樁的缺陷處則會聚集大量的水和空氣,由于混凝土的聲阻抗與水、空氣的聲阻抗相差較大,因此,一旦混凝土樁內部存在缺陷,那么就會形成多個具有不同聲阻抗的聲學界面。


在基樁混凝土質量檢測中,聲波透射法通常會利用發射換能器來發射超聲波,并通過注滿清水的聲測管將超聲波傳遞到混凝土基樁之中,通常情況下,如混凝土樁不存在缺陷,那么超聲波傳播途徑上聲學界面的聲阻抗并不會出現太大的差異,超聲波也會按正常的直線途徑進行傳播,但如果混凝土撞擊中存在缺陷,那么在空氣和水的聲阻抗遠小于混凝土聲阻抗的情況下,超聲波就會繞過缺陷進行傳播,從而使傳播路線發生改變,并最終導致各種聲學變化。超聲波繞過缺陷傳播會導致傳播路徑延長,傳播時間也會隨之增加,即聲時變大、聲速變小,根據這一變化,就可以準確判斷出混凝土基樁是否存在缺陷。超聲波在不同聲學界面傳播還會形成散射波與折射波,而這些散射波與折射波在疊加后,則會使超聲波出現波形畸變、波幅變小、傳播頻率改變等聲學變化,這些同樣是判斷混凝土基樁質量情況以及缺陷位置的重要參數。
        4橋梁樁基檢測中無損檢測技術
        常規的基樁檢測內容主要集中在完整性與承載力檢測兩方面。直接法包括單樁豎向抗壓靜荷載實驗等;半直接法包括高低應變法與聲波投射法等。基樁動測技術以應力波理論為基礎發展,70年代初期的時候,荷蘭研制基樁檢測系統,由此開始了檢測基樁動測技術在各個國家中的推廣使用。我國的多家單位針對樁基類型深入研究了動測方法、設備儀器等方面的內容,由此促進了低應變動測技術的發展。該技術既方便又快捷,一直在橋梁基樁質量檢測中有著廣泛的應用。但受激發能量的制約,對長樁的樁底判別較困難,對樁身質量判別受干擾因素較多。但需注意的是,低應變法能否檢測單樁承載力存在較大爭論。聲波投射法檢測在聲學檢測技術基礎上發展,自60年代起,我國便在工程檢測領域開始了應用聲波檢測技術,70年代開始應用于檢測混凝土灌注樁的完整性。由于超大直徑混凝土灌裝得到了大量的使用,由此推動了聲波投射法檢測技術的發展。此方法優點是檢測全面、結果準確可靠、檢測不受樁長的限制,適合超大直徑灌注樁的樁身完整性檢測。檢測范圍可覆蓋全樁長的各橫截面,無需樁頂露出地面即可檢測。鉆芯法適用于檢測混凝土灌注樁的樁身材料強度,鉆機應配備單動雙管鉆具,芯樣取出后應由上而下放入芯樣箱中。及時記錄空號,記錄芯樣質量的初步描述,選取芯樣進行抗壓實驗。鉆芯法比較適用于大直徑樁的檢測,當遇到樁長較大的情況,此時要對鉆芯孔垂直度進行控制,要是樁出現偏斜,那么鉆芯孔機就會難于鉆至樁底。檢測速度慢。
        結束語
        隨著我國基礎建設不斷發展,高速公路作為一項重要的國家資源,每年都以3.6%的速度持續增長,高速公路要通過崇山峻嶺,樁基礎的應用也越來越多,樁基礎屬于地下隱蔽工程,監測樁基的質量難度非常大。目前,樁基質量保證有載荷試驗,鉆芯法和無損檢測等方法,載荷試驗是通過對樁基施加設計荷載,檢查強度是否達到設計要求,其優點是滿足工程設計要求,缺點是監測速度慢,費用大;鉆芯法是通過對樁基鉆取一定的結構主體,以監測樁基是否滿足要求,其優點是監測直觀、精確,缺點是監測面小、對樁基結構損傷很大,因此,目前樁基的無損監測比較流行。無損檢測中,主要包括:高、低應力測試方法,兩種方法對應力測試條件、反射面、信號頻幅等都有較高要求,而聲波透射法具有測試結果精確、細致、全面等優點,該方法被廣泛應用到高速公路的樁基檢測中。
        參考文獻
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