土木在线论坛 \ 道路桥梁 \ 道路工程 \ 超声波法在南昆线八渡滑坡抗滑桩检测中的应用

超声波法在南昆线八渡滑坡抗滑桩检测中的应用

发布于：2015-07-26 10:26:26 来自：道路桥梁/道路工程 [复制转发]

一、前言

　　混凝土灌注桩是高层建筑、桥梁等工程结构中常用的基础类型。随着现代大型建筑的增多，桩型越来越大，使得常规检测手段如静压法、低应变法等实施困难，甚至无法进行。如何加强对混凝土灌注桩成桩质量的监控和检测，成为当今建筑工程中的重要问题。

　　本文结合南昆线八渡滑坡抗滑桩（挖孔灌注桩）超声波检测的实例，阐述了超声波法在重大工程项目基桩检测中的效果。

　　二、滑坡及整治工程概况

　　八渡车站滑坡由南昆线八渡车站附近的2＃、3＃、4＃山头组成，是一巨型切层古滑坡，其前缘直接延伸至南盘江边，滑坡长约550m，宽度400m。

　　 1997年雨季连降暴雨，雨水大量下渗，线路左侧主体滑坡出现裂缝，古滑坡复活，威胁铁路安全。

　　为彻底根治滑坡，整治工程采取了设置预应力锚索桩、抗滑桩、泄水洞、截水沟等工程措施。其中，线路左侧滑坡的中、前部设置了两排共计113根预应力锚索桩，桩长23～55m，桩间距7m，桩截面2～2.5×2.5～4m，桩锚入滑面以下岩层的长度10～14m。这部分桩是抽检的对象。

　　锚索桩周围的岩层自上而下主要有四类：1.人工弃填土；2.砂粘士夹碎块石；3.碎块石土；4.砂岩、泥岩。其中，1～3组成滑体，4为滑床岩层。

　　锚索桩成桩采用挖土灌注法，桩顶以下30m内土层均设有0.3～0.4m厚的护壁。桩身加筋，用最大粒径小于50mm的级配碎石砼连续灌注，并分层捣固密实成桩。

　　三、理论基础

　　 1．超声波在砼介质中的传播规律

　　超声波是频率在2×104Hz～1010Hz之间的声波。声波是一种纵波，它在无吸收的无限大均匀介质中的传播可用下面的方程来表示：

　　式中，A－振幅；ω－角频率；y－表示在波线上任一位置（距原点距离为X）的质点在任一瞬时沿波传播方向上的位移。

　　各种声波的频率范围

　　次声波可闻声波超声波特超声波

　　 0～20Hz 20～20000Hz 20000～1010Hz ＞1010Hz

　　声波在传播过程中，充满声波的空间称为声场。声场具有以下两个主要特征量：

　　 ①声压P

　　声场中某一点在某一瞬间所具有的压强P1和没有声场存在时同一点的静态压强P0之差称为声压P，单位为帕Pa＝N／㎡，其公式为：

　　式中，Z为声阻抗（ρ＊v）；ρ为介质密度；Va为介质质点振动速度

　　 ②声强J

　　声强指在垂直于声波传播方向上单位面积在单位时间内通过的声能量。

　　声强满足如下关系式：

　　声压与角频率成正比，声强与角频率的平方成正比，超声波的频率大于可闻声波，其声压、声强远大于可闻声波，这是超声波能用于检测的原因。

　　当声波从一种介质传播到另一种介质时，要产生反射波和透射波。

　　图3－1为声波垂直入射单一界面时的传播示意图，界面两侧满足下列边界条件：①两侧声压相等，即P0＋Pr＝Pd②两侧质点振动速度的幅值相等，即Va1=Va2。利用前面推导的公式及边界条件，可求出声强的反射系数α和透射系数β：

　　 α=(Z2-Z1)2／(Z2+Z1)2

　　 β=4Z1Z2／(Z1+Z2)2

　　当Z1＞＞Z2或Z1＜＜Z2时，α趋于1，β趋于0，说明当两侧介质声阻抗差异过大时，入射波能量将被全部反射回原来的介质中，不发生透射。

　　 2．测试参数

　　混凝土是由多种材料配制而成的非均质材料，当其组成材料、施工工艺、内部质量及测试距离一定时，超声波在其中传播的速度、首波幅度和频率等声学参数的测量值应基本一致，波形稳定。如果某部分混凝土存在空洞、不密实区等缺陷，便破坏了混凝土的整体性，其中空气所占的体积比例相应增大，而空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，超声波在“固－气”界面上几乎产生全反向，绕过或穿过缺陷区的部分超声波到达接收探头时，声时值偏大，首波幅度和频率降低，波形发生变化。超声波检测混凝土质量正是基于这一性质，通过分析接收到的超声波的声时值、首波幅度、频率和波形，推断混凝土质量。

四、测试方法

　　测试方法采用对测法。如图4－1，将超声波发射探头F和接收探头S分别置于两根声测管的同一深度处，超声检测仪经信号电缆由发射探头F发射超声波，超声波穿过桩身混凝土后，到达接收探头S，并经信号电缆由超声检测仪记录和存储。之后，按20cm点距同步提升发射探头F和接收探头S，检测另一深度处的混凝土质量。

　　测试前需做如下准备工作：

　　 1．声测管的埋设

　　测试选用声测管为镀锌铁管，管与管之间用管箍连接，管口磨去毛刺，在接口处缠防水胶带。因桩长大，声测管难以作到两两平行且铅直，因此要对变化较大的桩段做好记录。

　　如图5－1，声测管绑扎在各孔壁的1／3处，以防止超声波沿两声测管之间的箍筋传播。

　　 2．声零时的标定

　　仪器测读时间t1并非超声波在混凝土中的传播时间t。t1中除包含t外，尚包含以下几部分。①电延迟时间；②电声转换时间；③声延迟；④声波在声测管内部水中传播时间；⑤声波通过声测管壁的时间。这些时间的和统称t0，计算波速的声时值要减t0值。

　　 t0时标定采用两段声测管截留部分，分别置入发射和接收探头，采用对测方法，在水中标定。标定距离自10cm起，按10cm递增，至1.5m止。按声时～距离曲线求出t0值。

　　五、资料分析与整理

　　事先分析造成抗滑桩桩身混凝土缺陷的原因主要有以下三种可能：（1）灌注过程中混入自孔壁坍落的泥、砂。（2）灌注过程因故中途停止，造成二次浇注，形成结合面。（3）振捣不实。

　　超声波通过缺陷部位进，各声测参数分别发生如下变化：

　　 1．声速降低：当桩身混凝土部存蜂窝、孔洞等缺陷时，缺陷处声阻抗值明显地低于正常混凝土的声阻抗值。超声波要穿过缺陷或绕过缺陷到达接收探头，致使声时值增大，声速降低。

　　在本工地中，靠山一侧声测管在绑扎过程中，由于桩身设计主筋用料原因，造成该声测管与其余声测管之间距离沿桩身不等，速度－深度曲线出现异常。对于异常数据结合声测管埋设情况加以修正，并根据其余声测参数的变化确定是否存在缺陷。

　　 2．首波幅度下降：当超声波穿过缺陷时，部分声能被缺陷内含物质所吸收，部分声能被缺陷的不规则表面反射或散射，到达接收探头的信号声能明显减少，反映为首波波幅降低。

　　 3．首波频率下降：当超声波穿过缺陷区时，其中的高频成分首先衰减，导致接收信号主频下降，其下降程度与缺陷严重程度有关。

　　 4．波形畸变：由于缺陷区的存在，部分超声波被多次反射而滞后到达接收探头。这些波的前锋到达接收探头的时间不同，相位也不同。叠加后造成接收波形畸变，缺陷严重的可导致波形无法判识。

　　基于上述指导思想，依据“灌注桩桩身质量分类标准（GBJ107－87）”，确定桩质量类别：

　　（1）A类、B类桩：

　　 A类桩声速大于4120m／s，B类桩声速在3000m／s和4120 m／s之间，两类桩均个有波形清晰完整，声时、波幅变化的特点。

　　（2）C类桩：

　　声速在2750 m／s和3000 m／s之间，桩身存在异常段，异常段声时变大，波形较为完整，能清楚判别初至时，频率降低，波幅变化较大。

　　该类桩在异常段混凝土灌注质量不好，存在离析现象，但其波形完整、声时可以判读，说明混凝土尚具备一定强度。

　　（3）D类桩

　　声速低于2750 m／s，桩中部或下部存在异常段，信号衰减严重，波形不可辨别，声时不可判读。D类桩为不合格桩。

　　对桩身完整性的定量解释采用声速判据、声幅判据、K·Δt判据（相邻两点时－深曲线的斜率与声时差的乘积）三种判据综合分析。

　　图6－2给出了某桩的三种判据曲线，可以看出桩中，下部存在两处较大缺陷。

　　六、结论

　　基桩是地下隐蔽工程，超声波测桩是在混凝土构件测缺技术上发展起来的一门技术。在八渡滑坡抗滑桩及上海市延安中路高架工程桩基等项目的检测过程中，可以看出声测管是桩基检测的重要组成部分，它的埋置方式和布置形式，直接影响检测结果。下表给出了不同情况下声参数的变化规律。

　　由上表可以看出，声参数对外界影响非常敏感。灌注桩测试过程中不可能象外部构测试那样随意调整探头位置和测试部位，以达到最佳效果。因此，在对灌注桩测试数据进行定量分析时，应在综合考虑各声参数的前提下，结合声测管埋设情况，对测试数据加以修正，不能将波速作为起决定作用的参数。

　　现在桩基检测方法众多，通过超声波法在八渡滑坡抗滑桩及上海市延安中路高架工程桩基等项目的检测效果可以看出，该方法具有快捷、覆盖面大、定量解释准确等优点，就大型灌注桩桩身质量检测即检测混凝土的连续性、均匀性而言，超声波法是最直观、可靠的一种检测的方法。

抗滑桩

0人已收藏
0人已打赏
免费
0人已点赞
分享

复制链接新浪微博微信扫一扫

全部回复（1 ）

只看楼主我来说两句 抢板凳