混凝土桩基检测中超声波检测技术的应用分析
摘要
关键词
混凝土;桩基检测;超声波检测技术;应用;
正文
在项目工程中,桩基础施工在整个施工过程中扮演着重要的角色。传递建筑物结构荷载时,高效迅速,对于维护桩基结构的可靠性具有积极意义。故而,应当高度重视桩基的设计、施工和检验工作的实施,从而更好地确保其安全性。关于桩基的承载力桩基检测是主要的衡量方式,也是桩基质量评价的关键依据,更是有效改进、规范问题桩基或劣质桩基的补救措施的依据。此外,现阶段,国内桩基检测人员水平不一,综合素质不高,且成员构成复杂,施工设备存在老化、磨损等质量方面的问题,这些因素均在一定程度上对桩基检测质量产生着极大的负面影响。目前,在国内,采购的材料出现浪费的现象较为严重,高端技术人才匮乏,各种资源尚未实现优化配置,故此,桩基检测技术的应用是需要不断改进和提高的。
1 桩基检测技术的内涵分析
1.1 桩基检测技术之成孔质量检测
就基础建设工程而言,打孔作业属于一项基础建设项目,然而,越是基本的工程项目,越是需要工作人员引起重视。而桩基检测技术则旨在确保项目机制运行良好,从而保障基础打孔作业测试的质量。在实际的工程作业中,成孔质量检测是重中之重。倘若孔径大于规定的数值,桩基承载力则会过大,工程成本则会过高;假使孔径达不到规定的数值,桩基结构承载力则会出现过小的情况,整个工程的质量大打折扣。故而,工作人员采用桩基检测技术进行检查和检测是十分必要的,也是极为重要的。此外,在实际的工程项目中,还需要针对钻孔展开集中定位和监测控制,深入地分析实际钻探的深度和垂直度。
1.2 桩基检测技术之桩基承载力检测
通常来说,桩基的承载力在工程中扮演着举足轻重的角色。首先,在工程建设中,对于桩基的整体效果,可以采用静荷载能力检测。并借助其他的先进的科学技术及其设备,检查测试桩基的承载力。其次,在检测的过程中,检测技术必须与问题相照应。在使用高应变动态测量方法时,由于重锤在下落的过程中,会产生一定的冲击力,在这种冲击力的作用下,会产生一定距离的位移,这时,需要对位移进行精准的测量。测量时,需要对这些数据进行详细的分析。
1.3 桩基检测技术之桩基完整性
检测测试时,可以采用的措施主要有低应变动测法和声波透射法。首先,低应变动测法,其原理在于桩顶被冲击后,产生应力波,这种应力波顺着桩身向下传播,其主要波形为纵向振动。在传播的过程中,如果遇到变异波,则会产生阻抗应力波,从而不断向下传播,甚至可能引起反射或者投射现象。然而,随着反射波进入到建筑物的顶部后,桩基传感器接收到信号后,会出现变动的波形,进而相关人员借助仪器对反射波进行检验测试,分析并研究所得到的数据信息,对应力波的特性进行有效的、科学的、合理的决断,从而判定桩基的地基质量。其次,声波透射法。其应用原理即混凝土的结构声学检测技术,在判断和测试桩基的完整性方面,采用相关的测试标准和参数比较。在实际的操作过程中,每当出现撞击情况时,则会出现应力波,而应力波则是对此类波展开探讨和研析,检测时,需要计算其波形、波速和实际峰值。假使这三个值保持稳定不变的状态,则表明应力波呈现出的是一种均匀传播的结构,桩基础结构也尤为完善。但是在实际测量过程中,波形、波速和实际峰值数值倘若发生变化或者变动,则在一定程度上说明桩基结构的横向方面存在些许问题。除此之外,应力波的突变情况通常发生于存在问题的地方,从而造成透射波和反射波,甚至可能引发散射波。正是基于声波透射法的无损特性。故而,在项目工程的计算过程中,其测量方法是非常常见的,并且,这种方法的适用范围也比较广泛。
2 桩基检测技术的优点
2.1 桩基检测技术的安全合理化
在工程建设中,往往存在众多不确定的主客观因素。现阶段,由于施工准备阶段的工作未得到合理的安排,造成后续工作难以开展。虽然在施工阶段有施工组织设计,然而,施工时一些安全问题频频出现。就目前而言,桩基检测技术,在一定程度上为设计阶段提供有效的数据信息。借助科学合理的设计,桩基检测技术是一个不断反复进行的过程,对人员的团队协作能力和技术的准确性有着极为严格的要求。实际施工过程中,桩基质检几乎完全依据要求进行监测以及数据的收集整理,为后续桩基设计减少大量的经济支出以及劳动力成本。例如,一些项目,其建造地点位于湿地,尽管湿地周边环境优美、空气清新,可是就桥梁而言,其地基质量必须符合相关要求,倘若需要推断该项目桩基的承受范围对于工程安全稳定性能的影响,那么科学有效的数据是必须的。因此,近些年来,桩基检测一直是社会广泛关注的焦点,也是建筑从业者的一项重要工作内容。
2.2 桩基检测技术的协调性
在中国工程建设过程中,尤其是在地下工程中,经常出现诸多不稳定因素。随着中国信息化进程的不断加速,桩基检测技术也在与时俱进。但是技术人员在桩基检测过程中所提供的数据科学性不强。给桩基设计部门提供的数据并未经过严密的分析和研究,也未对桩基检测的工作展开深入的探讨和精析。各部门之间的沟通也十分有限,仅仅是一些数据的传递,但在实际的桩基施工过程中却存在着极大的差异性。加之中国疆域辽阔、地大物博,地形地貌复杂多变,工程地质条件极易受到周边不稳定因素的影响。倘若桩基设计没有考虑到其他方面的影响,很可能引发延误工期、增加成本、降低利润等问题,甚至可能威胁工作人员的生命健康,降低工程的综合效率和建设质量。桩基检测的主要内容是研究分析桩基础的合理性,知晓岩土的质量、是否含有某些化学物质以及是否会影响桩基工程的使用寿命等。然而,在实际的桩基检测操作中,勘测队的实际检测施工范围是非常有限的。操作过程中的检测步骤不全面、不合理。在实际的工程建设中,若出现其他方面的影响,相关工作人员很有可能不能及时采取切实可行的措施来进行应对。
3 混凝土桩基检测中超声波检测技术的应用方法
使用声波透射技术进行桥梁桩基检测的3种方法分别是:桩内单孔透射法、桩外孔透射法和桩内跨孔透射法。
3.1 桩内单孔透射法
该方法往往作为钻芯检测的一种补充手段使用。所谓桩内单孔投射法,就是在桩基内部预留1个单孔,在孔中安装1个换能器,换能器同时拥有发射装置和接收装置,在进行检测时,通过添加隔音材料对整个系统进行内部隔离,换能器发射超声波后,超声波通过合剂穿透到混凝土中,最后返回到不同接收器上,通过获得的声学参数可有效测量混凝土桩基的内部结构。需要注意的是,当桩基内部有钢管时,会严重干扰测量效果,因此,该方式不能应用于有钢管结构的混凝土桩基测量中。
3.2 桩外孔透射法
桩外孔透射法适用于没有换能器孔洞结构的桩基测量中。在测量时,可选择在桩基外部土层中钻取1个测量孔进行测量,整个系统同样具有发射换能器、接收换能器和声波检测仪3个部分,安装时,要将发射换能器贴合在桩基顶部,在钻取的孔洞中放置接收换能器,这样接收到的声波是通过桩基混凝土和土层的声波形态。该方法作简单,且不会对桩基造成破坏,但在实际作中发现,声波在透过土层时衰减速度很快,因此,该方案对发射器的功率要求较高,且不适合长桩基的测量,在检测方向上,也只能用于判断桩基是否出现端桩、缩颈等问题,若灌注桩剖面不规则,便会大大增加测量误测率,因此,该方法需结合测试需求酌情选择。
3.3 跨孔透射法
跨孔透射法是超声波透射检测法中最主要的一种检测方法,该方法需在桩基内部预埋2根声测管,测量时在管内注入清水,并在两管内分别放入发射换能器和接受换能器,在检测作中,声波冲从发射换能器透射过混凝土和合水后到达接收换能器,能接收到的声波范围就是有效的检测范围。该检测方式虽需预留2根声测管,但在实测中具有诸多优势,主要体现在能够极大地提升检测工作的活性。在实际检测中,可通过同步提升发射换能器和接收换能器高度的方式进行平测,逐步完成对整个桩基的测量。另外,还能发射换能器和接收换能器之间形成高度差,测量声波形成一定的斜角,在测量到内部裂纹和异物时,可不断调整高度差形成不同的声波网,对裂纹点数据进行交叉测量,以得到更精准的测量数据;还可以通过固定一点,只移动另一点的扇形测量方式,收集大量数据信息,能够大大提升测量的精准度和可靠度。
4 基于实际工程的测量和数据分析
4.1 工程概况
某桥梁总长459m,为4×20m连续梁+(70+192+110)m的高低塔三跨中央双索面斜拉桥。大桥采用双向4车道,桥梁全宽24.5m。桥梁总桩数为44根,桩径为1200~2800mm,其中,6#主墩桩径2800mm。此次测量的桥梁桩基采用钻孔灌注桩,桩基桩径2.8m,桩长20m,内部有预埋声测管4根,检测工作选择在灌注完成后4周进行。
4.2 检测准备
检测准备主要从技术调研、环境控制和仪器准备3个方面进行。1)在技术调研中,先深入了解了此次桥梁工程的桩基特点,其预埋的4根声测管呈正方形布置,多个声测管的布局非常适合采用跨孔透射法,在具体技术上结合以往检测经验,并吸收借鉴了该布局状态下优秀的声波测量分析技术,重点探讨了消除叠加波提升检测精确度的有效措施,为现场实测做好了技术准备,并制了适用于现场测量的初步方案。2)在环境控制方面,主要作是定时检测桩基固化效果,保证其固化水平能够充分达到超声波测量要求,然后在桩头部分先进行了一定的开挖和破除桩头作,并对表面进行了磨平,为后续检测做准备,同时,检测并清理声测管内部杂质,保证其后期检测结果的精确性。3)在设备的选择上,选用了超声波仪及径向振动换能器,本桥梁桩基超声波检测采用ZBL-U5600便式超声仪,该仪器是常用混凝土超声波探测仪的改进版,具有很好的通用性,能有效完成混凝土缺陷检测、基桩完整性检测、结合面质量检测、材料物理力学性能检测等多项检测,在换能器选择上,选用了发射纵波的振动换能器。
4.3 现场检测
现场检测内容主要包括以下3项:(1)声测管的平行性测量,检测各个声测管是否完全平行,实测显示4根声测管的平行数据较小,但在误差可控范围内;(2)声测管之间的距离关系,以及声测管在桩基中距离外壁的实际距离,测量结果为声测管之间的距离为2360mm;(3)测量声测管的管径为57mm,管壁厚度为3.5mm,考虑到管壁厚度对测量结果影响不大,因此,该数据被预留到后期的误差分析中使用。在正式开始检测后,先采用了平测的方式。在测量中,采用同步提升发射换能器和接收换能器的方式进行测量,为了降低误差,在同步提升中使用了水平仪进行校准,在发射波的控制中,为了保证测量效果,整个过程都在根据需求实时调整频率和振幅,频率通过发射器数据进行控制,振幅则根据声波监测仪的监测结果进行相对控制。在侦测到异常缺陷时,录高度数据,完成第一组测量后,对剩下的管道进行两两测量,将获取的数据输送到呈现仪中建立大体的数据模型,将定性分析转化为定量分析。
结束语
综合此次项目实测分析发现,超声波检测技术在桥梁桩基检测中的确具有作简便,测量效果直观、准确等诸多优势,但单一的声波透射法存在不能直接测量抗压能力的缺陷,因此,考虑在后续测量中再度使用新的测量方式解决该问题,相关桥梁建设专家应多关注超声波测量技术并吸收其优点,但不能过度依赖该检测方式,在使用其测量结果时要能辩证地进行可靠性和准确性分析。
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