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长江阶地桥梁桩基超声波检测声测管包沙

2020-03-03

一、  引言 混凝土超声检测技术始于上世纪 40 年代后期。由于该项技术具有用途广泛、探测距离大、完全不破坏结构物等优点,迅速在国内外普及推广,成为应用最广泛的混凝土无破损检测方法。我国从 50 年代中期开展这项技术的研究至今,不论在检测技术、仪器设备方面均取得重大进步,使该项技术在国内各个建设工程广泛推广应用,在提高工程质量,消除隐患,保证安全方面发挥了巨大作用。 1988 年、1990 年,中国工程标准化委员会先后组织编写、颁布了协会推荐性标准《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02:88)《超声法检测混凝土缺陷技术规程》(CECS 21:1990,现修订后为 CECS 21 2000)。这以后,一些地方和部门也陆续发布了一些有关的地方和部门检测测试规程。这些规程的颁布对混凝土超声检测技术的推广和发展起到了促进作用。

二、  工程概况

1. 工程规模 武汉某长江大桥配套工程主要包括两座高架桥、9 条互通立交匝道桥工程及相关接线路基路面工程。设计基准期 100 年,双向四、六车道,二环线为城市快速路,和平大道为城市主干线、公路-I级,参考城-A 级,匝道为城市次干道、支路为公路-Ⅱ级,参考城-B 级;设计时速 60~80 km/h;抗震设防烈度为 6 度,地震动峰值加速度为 0.005g。

2. 地形地貌 武汉位于江汉平原与鄂东丘陵山地的交接地带,地势总的特点是东部、东南部高,中部与西部稍低,具明显的丘陵~平原地形特点。 场区范围内地形平坦,属长江冲积平原地貌。场区主要处于平坦状平原区,地势平坦开阔,高程约 20~22m。

3. 气象气候 武汉市地处我国中原腹地,属亚热带北缘,气候温和,雨量充沛,具湿润季风气候特征,冬寒夏热,冬夏交替明显,冬夏长,春秋短,夏季多高温,年平均气温 16.3℃,多年最低月(一月)平均气温2.6~4.6℃,最低气温为-18.1℃;最高月(七月)平均气温 28.8~31.4℃,最高气温达 41.3℃。多年平均降雨量 1284.5mm,多集中于 4~9 月,六月份降水最多,月最大降雨量 669.7mm。多年平均蒸发量为 1391.7mm,平均气压 1013.2 毫巴,绝对湿度年平均 16.4 毫巴。区内 4~7 月盛行东南信风,余皆多为北风或东北 风,最大风力 为八级,风 速27.9m/s。雷暴日数平均每年 36 天,近 20 年来最大积雪厚度 17cm。

4. 工程地质条件 桥址区地层主要有第四系全新统冲积层、白垩系~下第三系东湖群及志留系中统坟头组。 拟建工程场地土体主要由杂填土、素填土、淤泥质粘土、粘土、粉质粘土夹粉土粉砂、粉砂、粉质粘土、细砂、中砂、粉土、砾砂、微胶结泥质粉砂岩、中等胶结泥质粉砂岩、弱胶结泥质粉砂岩、强胶结砂岩、强风化粉砂质泥岩、中分化粉砂质泥岩、中风化粉砂质泥岩、微风化粉砂质泥岩。 本工程所在区域水系发育,工程沿着罗家港排水渠走向,自友谊大道起,至长江岸边,连接二七长江大桥主桥,为武汉市二环线组成部分。

三、  声波检测法原理 混凝土结构在施工过程中常因各种原因产生各种缺陷,严重危害建筑物的安全和耐久性。这些缺陷包括内部蜂窝状疏松区、空洞、裂缝、内部夹杂物、接合面缺陷及表层损伤等。如何探测出这些缺陷的位置及范围以便及时消除缺陷是很重要的事情。 超声法的一大突出特点是:不但能测量混凝土强度,还可以探测混凝土结构内部缺陷,是目前应用最广泛的混凝土无破损探测技术。

1. 混凝土超声波检测工作原理 声波透射法检测混凝土灌注桩的工作原理是:在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为检测通道,管中注满清水作为耦合剂,将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中,由非金属超声检测分析仪发出一系列电脉冲信号,施加在发射换能器的压电体上,转换为超声振动,该超声波穿过待测的桩体混凝土,被接收换能器所接收再转换成电信号,仪器的数字信号采集系统(A/D)将声信号转换成离散化数字信号送到仪器的中央处理系统。由仪器的数据处理与分析软件对接收信号的各种声参量进行综合分析,即可对桩身内部缺陷性质、位置做出判断,完成检测工作。

2. 超声波检测混凝土缺陷原理 当混凝土无缺陷时,混凝土是连续体,超声波在其中正常传播。但当换能器正对着缺陷时,情况就不一样了。由于缺陷(空洞、蜂窝区)的存在,混凝土连续性中断,缺陷区与混凝土之间成为界面(空气与混凝土)。在这界面上,超声波传播情况发生变化。这些变化是:  超声波传播到缺陷处将产生反射、散射与绕射。超声波经过缺陷后接收波声学参数将发生如下变化: 

(1) 声时(波速)的变化 超声波绕过或穿过缺陷,声时延长,计算波速降低。

(2) 接收波振幅的变化 超声波能量经缺陷反射、吸收后能量减小,接收波振幅明显降低。如果传播路径中遇到裂缝,由于裂缝的强烈反射,只有很少的声波通过裂缝,接收波振幅将大大降低。

(3)  接收波主频率(简称频率)的变化 缺陷对超声脉冲波中高频成份衰减较一般混凝土更剧烈,接收波频率下降更明显。

(4)  接收波波形的变化 有时接收波第一、二周期会出现波形畸变;正常混凝土接收波形包络线呈半圆形,有缺陷混凝土包络线呈喇叭形。

四、  声测管包沙案例分析 场区位于长江一级阶地,砂层较厚,桩基施工容易导致塌孔问题。项目组改进钻孔施工工艺,利用先进的钻孔技术,克服了砂层厚容易塌孔的问题,保证了总体工程质量,取得了良好的工程效果,该工程改进的施工工艺对类似工程具有良好的适用性和一定的可推广性。

典型完整桩基超声波检测波形见图 3:

根据相关规范,本工程桩基一般设置 3 个声测管,检测时将声测管编号为 A、B、C,三个测线分别为 AB、AC、BC。 在超声波检测过程中,存在这样一种特殊的情况,超声波检测波形初判为缺陷桩,为进一步查明问题,项目组采用混凝土钻芯技术,对混凝土桩基进行取芯,初判为缺陷位置对应的芯样为完整芯样,且混凝土质量较好,为详细查明该问题,项目组对桩基进行内部凿洞或外部开挖,凿洞或开挖至问题所在位置,挖开后发现声测管附近包裹沙团、泥块。 经过判定,包裹的沙团、泥块为影响超声波检测的问题所在,现对典型问题桩进行分析,E17-4初判为缺陷的波形见图 4、图 5:
 图 4 AC 面(7.4~8.2 m)
 
 
 

E17-4 声测波形 AB、AC 面存在缺陷波形,BC面波形密实,波形特点:波幅变化较大,个别点波速变化较大,波形不密实。经初判 AB、AC 面在 7.4~8.2m 处存在缺陷,项目组对该桩基进行钻芯,芯样。

对 E17-4 号桩进行凿洞后,对混凝土内部进行观察后发现,在 A 管 7.5~8.2 m 附近包裹沙团、泥块,沿声测管纵向包裹,长度约为 70 cm,横向不发展。经分析认为该场区砂层厚,浇筑混凝土时会有少量沙团、泥块掉落,钢筋笼和声测管为绑扎结合,在钢筋笼和声测管中存在狭小的空隙,空隙处容易包裹沙团、泥块,导致声波测试结果为缺陷桩,而声测管附近的少量沙团、泥块对工程桩基性能无影响。 综合其他类似问题桩,在该工程中,声测管包裹沙团、泥块具有一定的特点:

(1)  沿声测管纵向包裹,纵向长度较长,一般在20~40 cm,最长达 100 cm,而横向基本无发展,导致该问题的原因是声测管与钢筋笼为绑扎结合,在声测管与钢筋笼中间存在一定的空隙,空隙处容易包裹沙团、泥块。

(2)  该现象均出现在桩基的浅部,一般深度在6~8 m 左右,深部无该类问题的出现,分析后认为是该场区砂土较厚,浇筑混凝土时随着套管向上拔,浅部浮浆浓度更大,容易出现沙团、泥块富集的现象。

五、结论和建议

通过超声波检测、钻芯工艺和凿洞开挖等综合手段结合,对该工程出现的声测管包裹沙团、泥块的现象进行了深入的研究,详细查明了问题原因及特点,研究过程科学合理,结论准确可信。研究得出如下有益的结论:

(1)  超声波检测在桩基检测中具有很好适用性;

(2)  在砂层较厚的地层施工桩基,容易出现声测管包裹沙团、泥块的现象,沙团、泥块沿纵向发展,对工程桩性能无影响。


来源:http://www.57269.net/news/202033395.html
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