超聲波透射法在建筑樁基缺陷檢測中的應用

發布時間：2021-09-22所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1209次

摘 要： 摘要：灌注樁已成為建筑物普遍采用的基礎形式。然而，樁基技術在推廣普及的同時，樁基設計、施工、運營期間出現了很多問題，如樁基強度不足、縮頸、夾泥、離析、斷樁、樁底沉渣等，對上部工程的影響巨大。本文以某住宅小區樁基的質量檢測為工程背景，采用超

　　摘要：灌注樁已成為建筑物普遍采用的基礎形式。然而，樁基技術在推廣普及的同時，樁基設計、施工、運營期間出現了很多問題，如樁基強度不足、縮頸、夾泥、離析、斷樁、樁底沉渣等，對上部工程的影響巨大。本文以某住宅小區樁基的質量檢測為工程背景，采用超聲波透射法和鉆芯取樣法對建筑樁基進行了檢測，獲得了建筑樁基的具體缺陷位置，為后續樁基修復提供了新方法，具有較強的借鑒意義。

　　關鍵詞：建筑物;樁基;超聲波透射法;樁基完整性檢測

　　1概述

　　樁按成樁方式不同，可分為預制樁和灌注樁兩大類。灌注樁具有承載力大、施工過程對樁身無損害、施工技術簡單、造價相對低廉、施工噪音小等優勢，已成為建筑物普遍采用的基礎形式[1-3]。據統計，目前我國年平均成樁量超過300萬根，工程建設中樁基造價約占總造價的30%。然而，樁基技術在推廣普及的同時，樁基設計、施工、運營期間的問題也逐漸暴露出來[4-6]。施工工序相對較多，工藝流程要求相互銜接要緊密，且為隱蔽工程。另外，施工過程中影響樁基質量的人為因素、外界環境較多。施工中常遇到的樁基缺陷問題有樁基強度不足、縮頸、夾泥、離析、斷樁、樁底沉渣等，對上部工程的影響巨大[7]。據不完全統計，國外樁基的樁基缺陷率約在5%~10%，我國由于受多種因素的影響，樁基缺陷率約在10%~20%[8-9]。因此，樁基缺陷的質量問題成為制約我國樁基使用、發展的重要障礙，己經引起工程界各相關部門的高度重視。

　　2超聲波透射法檢測機理

　　聲波傳到不同介質分界面時，一部分經界面反射回到原來的介質中，而另一部分發生折射進入另一種介質中繼續傳播，聲波經過界面發生反射、折射后傳播方向、聲壓、聲強等均會發生改變。聲波的反射與折射分別服從反射定律和折射定律。

　　由于超聲波透射檢法需預埋聲測管，聲測管同鋼筋籠一起下到孔內，故該方法一般只能檢測灌注樁，檢測內容為樁身完整性。通過在擬測樁基中預埋聲測管，將聲測管灌滿清水作為檢測耦合劑，把發射和接收換能器分別放入聲測管內，使發射和接收換能器始終保持一定的位置關系進行測量，記錄不同深度的聲學參數，通過后續分析或借助某些數學、統計學手段對檢測數據進行處理，判斷樁身混凝土的完整性。超聲波在均勻介質中沿直線傳播，波形、波速等聲學參數變化不大。相對樁身混凝土缺陷(如：混凝土空洞、斷樁)而言，樁身混凝土密實、完整的樁均勻性較好，在其內部傳播的超聲波聲學參數變化不會太大。而當樁身混凝土中存在明顯缺陷時，超聲波波速、波幅、波形等參數都會發生明顯變化，這是因為超聲波傳播過程遭遇較大的樁體部分缺陷時，會發生反射、折射和散射，或者繞過缺陷傳播，聲能明顯衰減。

　　3工程概況

　　選取某住宅小區的高層建筑群，設置2~3層地下室。按《巖土工程勘察規范》(2009版)劃分，建筑物工程重要性等級為一級，場地復雜程度為二級，地基復雜程度為一級，巖土工程勘察等級為甲級。對場區進行成樁可行性分析，對比了混凝土預應力管樁、旋挖鉆孔灌注樁和人工挖孔灌注樁的優勢和缺點，綜合考慮了施工質量、施工效率和施工成本等因素，最終選用了人工挖孔灌注樁的樁基形式。

　　根據鉆探揭露，場地內埋藏的地層主要由①雜填土層、②淤泥層、③粉質粘土、④細砂、⑤圓礫、⑥全風化板巖、⑦強風化板巖、⑧中風化板巖組成，其野外特征自上而下分敘如下：

　　①雜填土：褐黃色、黃色，稍濕-濕，松散-稍密狀，主要由粘性土、建筑垃圾、生活垃圾新進回填形成，均勻性較差，未完成自重固結，含碎磚、混凝土塊、碎石25%以上。該巖土層鉆孔揭露的一般厚度0.50～18.70m，平均厚度8.34m。

　　②淤泥：青灰色，成分為粘土質，含有機質，軟塑，飽和。場地少部分地方有分布，該巖土層鉆孔揭露的一般厚度0.60～2.40m，平均厚度1.52m該巖土層鉆孔揭露的一般厚度1.30～4.00m，平均厚度2.72m。

　　③粉質粘土：黃褐色，硬塑，稍濕,網紋狀結構，含鐵錳結核，稍有光澤，無搖振反應，干強度中等，韌性中等，局部含有卵石。場地少部分地方有分布，該巖土層鉆孔揭露的一般厚度0.60～6.30m，平均厚度2.16m。

　　④細砂：黃褐色，中密，飽和，成分主要為細砂質，少量粉砂、粘土質，渾圓狀，級配良好，含少量粘性土、礫石，無光澤反應。該層僅C區東北部有分布。

　　⑤圓礫：灰黃色，飽和，中密，充填物為砂、粘土質，大于2mm的顆粒含量約占60～70%，粒徑多為1～3cm，大者大于5cm，呈橢圓形，滾圓度2～3級，母巖成分為石英砂巖、石英巖，燧石等。場區局部分布，該巖土層鉆孔揭露的一般厚度0.50～8.40m，平均厚度3.80m。

　　⑥全風化板巖：褐黃色，極軟巖石，泥質結構，中厚層狀構造，節理裂隙發育，巖芯破碎，多呈塊狀、碎塊狀、土狀，巖芯用手可折斷，遇水易軟化、易碎。全場地分布;該巖土層鉆孔揭露的一般厚度1.10～10.00m，平均厚度4.74m。

　　⑦強風化板巖：黃褐色、青灰色，變余結構，板狀構造;節理裂隙極發育，巖芯極破碎，多呈碎塊狀、碎片狀，手可折斷，巖體基本質量等級分類為Ⅴ級，RQD值極差。全場地分布;該巖土層鉆孔揭露的一般厚度1.90～10.90m，平均厚度5.31m。

　　⑧中風化板巖：青灰色，少量黃褐色，變余結構，板狀構造;節理裂隙較發育，巖芯較破碎，多呈碎塊狀、短柱狀，巖體基本質量等級分類為Ⅴ級，RQD值差。場區內均有分布，本次勘察未鉆穿該層，揭露深度為4.90～20.60m。

　　4樁基質量超聲波法檢測

　　4.1檢測方法

　　超聲波透射法在現場有平測斜測和扇形掃測三種基本方法，首先采用平測法對受測樁基進行全樁長檢測，若發現接收到的聲學參數存在異常，則針對異常區域采用斜測、扇形掃測等進一步細查，根據不同檢測方法獲得的參數綜合確定樁身質量(完整性)。三種檢測方法示意圖見圖1。

　　4.2檢測設備

　　4.2.1檢測裝置

　　檢測裝置按照換能器的提升方式可分為人工操作式、半自動式及全自動式裝置，除常規檢測裝置具有的超聲波檢測儀、換能器、探頭及管線組成等設備外，全自動式樁基檢測裝置還配有探頭自動升降裝置、控制裝置和數據測量處理系統，自動化和智能化程度高。

　　4.2.2超聲波檢測儀

　　作為灌注樁樁身完整性檢測的重要裝置，超聲波檢測儀的作用是不斷產生電脈沖信號，激發換能器，發射換能器向擬測樁體發射超聲波，超聲波傳播經過樁身混凝土后被接收換能器接收并將其轉化為電信號，超聲波檢測儀接收并顯示由接收換能器發出的信號。

　　4.2.3換能器

　　換能器的基本原理是正、反壓電效應，發射換能器的作用是將電能轉化為聲能，從而向被測樁體混凝土發射超聲波。接收換能器的作用是接收傳經樁身混凝土后的超聲波，并把聲信號轉為電信號，發送給超聲波檢測儀。

　　4.2.4聲測管

　　聲測管作為換能器升降的通道，管內充滿清水，檢測過程中要求聲測管保持垂直，其傾斜度需保持在誤差允許范圍內。實際檢測中宜選用鋼管作聲測管而非塑料管，這與兩種材料的聲學特性有關，且塑料管容易斷裂、彎曲，影響檢測精度。聲測管底端應封閉良好，保證不漏水、管內應無異物、不堵管，各聲測管管口高程保持一致，均高出樁頂300~500mm左右，當受檢樁樁長較大需接長聲測管時，聲測管之間采用螺紋連接而不宜焊接。

　　4.3檢測程序

　　超聲波透射法混凝土灌注樁檢測步驟主要有聲測管預埋、現場準備、正式檢測等。

　　4.3.1聲測管預埋

　　樁基檢測所需聲測管數目與被測樁徑大小息息相關。為避免聲測管間距過小引起較大誤差，超聲波透射法測量對象適用的最小樁徑應不小于600~800mm。而當樁徑很大時，若聲測管數目較少，則測量面積所占樁基截面積比例較小，測量盲區過大，也會導致測量結果不準確，因此對大直徑樁必須增加聲測管數。

　　4.3.2現場準備工作

　　準備工作包括查找工程資料，檢測各儀器設備是否正常、聲測管埋設是否合格，一切完畢后向聲測管內灌滿清水，作為檢測耦合劑，然后依檢測要求設置各儀器設備參數。

　　4.3.3正式檢測流程

　　現場準備就緒后便開始正式檢測工作。采用平測法進行全樁長普測，若發現聲學參數異常點則可采用斜測或扇形掃測加密測量，確定樁身缺陷的規模和位置，通過后續數據分析處理評價樁身完整性。

　　4.4超聲波法檢測

　　受檢樁基為本工程3#樓第一批樁，共30根，對其中10根進行超聲波透射法抽檢，受檢樁基基本情況如表1所示。

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　　依據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2014)，采用超聲波透射法，通過預埋聲測管，對受檢樁基的樁身完整性進行檢測，并對樁身缺陷種類、缺陷程度(規模)及位置作出判斷。檢測示意圖如圖2所示。

　　檢測過程中，每1m樁長記錄一次數據，故檢測數據繁多，現僅將檢測結果不合格的1號樁基的部分檢測數據列舉出來，見表2。

　　從表2可以看出，1號樁檢測樁長為29.5m，在23m以上和26m以下時，三個剖面的聲時與波幅都均勻，無明顯突變。其波速、幅度和聲時均在在小范圍內波動，表明23m以上和26m以下樁身無明顯缺陷，整體均勻性好。而對于23m～26m深的樁身，其波速、幅度和聲時變化均很大，表明該樁存在較嚴重缺陷，完整性差，可定為IV類樁。

　　4.5鉆芯法檢測

　　考慮到該樁在工程中的重要性，為了驗證樁身缺陷的具體位置，對同一批樁用鉆芯法進行核驗。實驗的樁基鉆芯法采用XY-2B型鉆機，采用金剛石巖芯鉆探。進行鉆取工作前，對鉆具嚴格對中，按規范嚴格控制回次進尺。對混凝土芯樣表面的觀察和芯樣抗壓強度的分析，用來評定樁身完整性、樁底沉渣厚度、樁端持力層及樁身混凝土強度效果。對2號~10號合格樁基鉆孔取心，其芯樣如圖3所示。由圖3可知，混凝土芯樣連續、完整，呈柱狀，膠結好，骨料分布均勻，斷口吻合，對芯樣抗壓強度進行測量，其結果滿足要求，該樁基可判為I類樁。

　　不合格樁基(1號樁基)芯樣如圖4所示。從圖4芯樣可以看出，該樁體出現了嚴重的離析和夾泥現象，混凝土膠結極差，部分樁身混凝土呈松散狀，樁體缺陷嚴重影響樁身結構和承載力，判定為Ⅳ類不合格樁。

　　4.6受檢樁基完整性綜合評價

　　結合超聲波透射法和鉆芯法對受檢樁基的檢測結果，可以形成對受檢樁基準確的完整性評價，見表3。

　　5結論

　　本文以某建筑樁基的質量檢測為依托，利用了超聲波透射法和鉆芯法對受檢樁基進行了檢測，主要得到如下結論：①用聲波透射法檢測發現1號樁身混凝土三個剖面均在樁頂下約23m-26m區域內存在明顯缺陷。②用鉆芯法確認1號樁在樁頂下約24.75m區域內存在嚴重離析和夾泥，對于其余樁基，其芯樣混凝土芯樣連續、完整，呈柱狀，膠結好，骨料分布均勻，斷口吻合，強度滿足要求。——論文作者：周武

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