浅谈基桩检测中的声测管安装及其应用

浅谈基桩检测中的声测管安装及其应用

汪文贵

摘要：本文主要阐述了声测管安装技术，并针对声测管在基桩检测中的应用进行分析讨论，仅供参考。

关键词：声测管，安装技术，基桩检测

1　声测管安装

1.1　基本要求

声测管是基桩检测的重要通道,使用声波透射法检测基桩完整性时,需要根据桩径在桩内预埋一定数量的声测管。检测时,管内注满清水,把声波换能器(俗称探头)放到声测管内,由下向上逐个剖面进行检测。当声测管安装工艺较差时,可能造成漏浆、断裂、弯曲、下沉、堵塞、卡管等事故的发生,对用声波透射法检测基桩完整性的检测结果产生较大影响,甚至无法检测或判定基桩完整性类型。对声测管总的要求是:连接牢靠不脱开,密封良好不漏水,连接平整不打折,管间平行不弯曲,管内通畅无异物。

1.2　声测管的埋置数量

根据桩径大小,一般埋设2～4根声测管,依据检测规范不同,对桩径的要求略有区别。目前常用的检测技术规范主要有:《建筑基桩检测技术规范》JGJ10622003(以下简称《建筑规范》)、《超声法检测混凝土内部缺陷技术规程》CECS21:2000(以下简称《测缺规程》),这2本规范对桩径的要求如表1所示。

表1　声测管数目与桩径的关系mm

规程 2根声测管 3根声测管 4根声测管

《建筑规范》 d≤800 800<d≤2000 d>2000

《测缺规程》 d≤1000 1000<d≤2500 d>2500

　注:d表示桩径

1.3　声测管材质选择

声测管材料要有足够的机械强度,保证在灌注混凝土过程中不变形,且与混凝土粘结良好,不致在声测管和混凝土间产生裂缝,影响测试。因此最好选用钢管。当桩长在15m以下时,为了节省材料,降低成本,有的规范也允许采用PVC管、塑料管或金属波纹管。

1.4　声测管的尺寸

目前常用的换能器均为30～60kHz圆管式径向换能器,其直径一般在30mm左右或更小。规范规定声测管内径比换能器直径大10～20mm,因此,一般选用40号钢管(外径48mm,内径42mm)或50号钢管(外径60mm,内径54mm)。

1.5　声测管的连接

由于常用的钢管均是6m一段,需要将一段段钢管连接起来。对连接的要求是:有足够的强度,保证声测管不致受力弯曲脱开;连接应有足够的水密性,保证在孔内水压下不漏水。连接方式主要有套筒连接、螺纹连接、对接焊连接,最常用的方式是套筒连接,效果比较好。套筒连接如图1所示,选1段长80mm左右的钢套筒,套筒内径略大于声测管外径,将2根声测管套起来,用电焊将套筒与声测管上下两端焊接起来。既要保证焊接不漏水,又不要将声测管焊通,阻塞换能器的上下移动。



图1　声测管外加钢套管连接方式

1.6　声测管的安装固定

声测管预先固定在钢筋笼内。用点焊或铁丝绑扎的方法固定在架立筋(竖向钢筋)内侧,也可以采用U形钢筋环焊接在架立筋上的方式。铁丝绑扎的间距≤2m。为了保证声测管相互平行,可以在声测管间点焊三角形钢筋架支撑。声测管一直埋到桩底。底部要封死,上部要加盖,防止进入泥浆或异物。

2　声测管对基桩检测的影响

2.1　桩底声测管弯曲

在钢筋笼的吊装过程中,钢筋笼的底部拖动时,如果绑扎不牢,声测管容易发生弯曲变形,声测管间距变小。有时桩底钢筋笼直径变小,为了保证声测管的平直,声测管就要穿到钢筋笼外侧,而不是把声测管掰弯放到钢筋笼内。如果不采取加固措施,很容易使声测管压弯或打折,甚至折断。当声测管超出钢筋笼底1～2m(设计桩底有一段素混凝土)时,也存在类似情况。

如图2所示,桩长18.0m左右,埋设3根声测管,3个检测剖面中,-16.0～-18.0m区段声速曲线均明显向右(高声速方向)翘起,声速异常偏高,其它区域曲线基本正常。推断桩底声测管弯曲变形,间距变小,计算的波速异常偏高。由于桩底是缺陷易发生部位,根据此类曲线很难判定桩底是否存在缺陷,很可能发生漏误,给工程留下安全隐患。



图2　声测管底部弯曲时检测剖面

2.2　桩身声测管弯曲变形

声测管绑扎不牢或绑扎间距过大,在浇筑混凝土过程中,声测管受混凝土挤压发生弯曲变形,管间距离变大或变小,直接影响检测结果的分析判定,甚至无法给出桩身完整性类别。

如图3所示,桩长18.0m,埋设3根声测管。从图3可以看出,Ⅰ、Ⅲ剖面深度曲线基本正常,Ⅱ剖面中上部的声速曲线向上弯曲,声速严重异常。推定是声测管受挤压变形,互相靠近,导致计算声速严重异常。根据深度曲线也很难划定该桩的完整性类别,只能采取其它方法补充检测。声测管的弯曲还导致声速异常值判定区间太大,易造成漏判。

2.3　钢套管影响

声测管的连接一般采取外套钢管方式进行。钢套管直径不宜太大,一般比声测管略大即可,焊接起来比较容易,封闭性也比较好。钢套管也不能太长,一般80mm左右,对检测结果几乎无影响。钢套管的作用仅仅是把两段声测管连接成来,并没有什么特殊的工艺要求。



图3　桩身声测管不平行时检测剖面

如图4所示,某工程所有基桩均埋设3根声测管,检测后发现部分桩存在严重信号异常,且1根桩上3个检测剖面均有多处缺陷(图4中-5.6m和-11.6m处),从信号上分析是严重断桩。



图4　钢套管太长时检测剖面

由于多根桩在同一位置附近都存在类似的信号,且一根桩上异常信号的高度约6.0m左右,缺陷区域高度约0.6～0.8m。在进行了深入调研后发现,施工单位使用的钢套管长度约80cm。分析形成异常信号的原因是钢套管的影响。由于钢套管较长,焊接质量很好,密封在内部的部分空气不能排出,声波信号要绕行很长距离或穿过空气层后才能被接收到,造成声波信号的严重异常。为了验证分析结果,在其中的2根有典型代表性的桩上进行钻芯验证,结果表明,桩身混凝土完整无异常。根据钻芯结果,此类桩判定为二类桩。

2.4　对零声时的影响

声波透射法检测中零声时由三部分组成:①系统延迟t01;②声测管壁中延迟t02;③耦合水层延迟t03。t01与系统有关,可以直接由仪器测定;t02一般约1μs,对测试结果影响不大;t03受声测管和换能器直径的影响,变化很大,对测试结果会有较大影响,不能忽略。

举例说明:假设水中声速V水=1.5km/s,钢材中声速V钢=5.8km/s,换能器直径d=26mm,声测管外径φ外=60mm、内径φ内=54mm,声波走时t=200μs(不含t01),那么:t02=φ外-φ内)PV钢=1.03μs;t03=φ内-d)PV水=18.67μs。

耦合水层中零声时在声波走时中所占百分比t03/t=18.67/200=9.34%,可见是不能忽略的。如果采用更大内径的声测管,所占百分比就更大。

一般情况下,以上计算过程是假设换能器位于声测管的中心位置,如果声测管的直径较大,换能器在管内摆动范围较大,对声时的影响更大,对检测结果的影响就较大。如图5a、b所示两种情况,t03的变化范围在0～37.34μs。



图5　耦合水中声波走时

3　结语

声测管是声波透射法基桩完整性检测的重要通道,如果埋设不好,就达不到检测基桩质量的目的,可能影响工程的整体进度。因此,在预埋声测管时,应注意埋设的质量,以便于质量检测工作的正常进行。

参考文献:

[1]　罗骐先.桩基工程检测手册(第二版)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]　中国建筑科学研究院.JGJ10622003　建筑基桩检测技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.