新型高强双密封液压声测管在深桩基施工中的应用

新型高强双密封液压声测管在深桩基施工中的应用xxx（xxxx局厦门工程有限公司xxxxxx）摘要：文章简要介绍了超声波透射法检测钻孔灌注桩质量的基本原理、检测技术和分析方法等，通过结合甬江特大桥桩基施工的成功经验，对深桩基施工中高强双密封超声波检测管的应用提出了指导性意见。关键词：超声波检测声测管深桩基1、概述随着我国基础建设工程的发展，城市高层建筑、桥梁、高架不断兴建，桩基基础应用日益广泛。综合考虑城市建设的各种因素，钻孔灌注桩因其对周围环境影响小而成为高架桥梁等工程结构的主要基桩形式。但其为地下施工，质量直接影响上部结构的安全。从大量工程检测实例来看，超声波检测法是对钻孔灌注桩，尤其是大直径桩和超长桩进行质量检测行之有效的方法之一。2、超声波透射法检测钻孔灌注桩原理超声检测技术是利用超声波在媒质中的传播特性(声速、能量反射、声阻抗等)来实现对非声学量(如密度、浓度、强度、弹性、硬度、粘度、温度、流速、流量、液位、厚度、缺陷等)的测定。它的基本原理是基于超声波在介质中传播时遇到不同的介面，将产生反射、折射、绕射、衰减等现象，从而使传播的声时、振幅、波形、频率等发生相应变化，测定这些规律的变化，便可得到材料的某些性质与内部构造情况。钻孔灌注桩桩身混凝土是由多种材料组成的非均质非单相的多孔结构，在力学特性上是一种粘—弹—塑性的凝聚体。因此，混凝土内部有着较大的声阻抗差异并存在许多声学界面。超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混凝土的密实程度有直接关系，对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定的混凝土来说，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当有空洞或裂缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路程增大，测得的声时必然偏长或声速降低。超声波法检测基桩是在一根声测管中用传感器发射超声波，在桩的另一根声测管中用传感器接收，获得超声波在桩身中的传播时间，已知声测管之间的距离，就能计算出波在桩身中的传播速度：Vi=Li／ti(Li：测点处两声测管间的距离,ti:声波在混凝土中传播时间)波速与桩身混凝土密实度密切相关，从而由波速就可以判别桩身质量。其基本原理是：由超声波发生器产生激励信号，经发射探头产生(25—50)kHz的声频振动，波动通过桩身传播到桩的另一侧，由接收探头接收，经放大器放大，在显示器中时标指示波在桩身中的走时。将桩身各部位的声波信号记录下来，进行信号处理分析，从而了解桩身质量。声测管应埋设至桩底并封闭，管口高出桩顶面300mm以上并加盖。声测管的埋设数量应根据桩径的大小来确定：桩径小于1．0m时宜沿直径方向埋设两根管；桩径为1．0～1．5m时宜按等边三角形布置埋设三根管；桩径大于1．5m时宜按正方形布置埋设四根管。声测管的内径宜为50～60mm，声测管之间应保持平行，测试前加水耦合。另外，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，超声脉冲波在混凝土中传播时，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或者频率谱中高频成分明显减少。再者经缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差。叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。根据上述原理，可以利用超声脉冲波在混凝土中传播时声学参数(声时、波幅、频率等)和波形的变化综合分析、判别混凝土缺陷的位置和范围，或者估算缺陷的尺寸。3、声测管的发展历程声测管是进行超声波检测时换能器进入桩体的通道，水的压力、混凝土的水化热作用、钢筋笼安放和混凝土浇注过程中存在的作用力，都会造成声测管弯曲、变形、断裂和连接部脱落、渗漏，从而导致渗水、漏浆、堵管现象的发生。所以声测管本身的质量以及在桩中的埋置质量将直接影响到检测工作能否顺利进行。随着超声波检测技术的不断成熟，声测管也经历着不断完善的过程。自从开展超声波桩基检测工作至今，声测管也经历了以下各阶段的发展：第一阶段：传统钢管传统声测管基本由施工单位直接购买钢管在施工现场加工。声测管节与节之间的连接方式有两种：一是焊接，即两段钢管相对，外套较粗的套筒，将套筒口周边与钢管焊接封闭。切忌不加套筒而直接将钢管对接焊接，否则可能产生背流或毛刺而阻碍换能器的顺利移动，直接对焊的焊接质量较难保证，在钢筋笼吊装过程中可能因扭曲或撞击而破坏，导致浇筑混凝土时浆液渗入声测管内，影响检测的正常进行。二是螺口连接，即将两段钢管端头加工成螺纹，与套筒螺纹相匹配而连接，使用此种方法，由于管壁减薄，故而对钢管端头钢材本身的强度有很不利的影响，尤其值得注意的是，有时在螺纹套筒处会形成空气夹层而引起声波反射，对该处的声学参数的测值有影响，特别是振幅测值。第二阶段：法兰式、推插式薄壁声测管（2005年以前）在总结了钢管焊接的缺点后，国内一些厂家开始生产法兰式、推插式薄壁声测管。推插式声测管克服了传统钢管的一些缺点，但在提高连接便利性的同时，却存在连接方式不够保险，极易断开或漏浆的缺点。同时，该类声测管接头凸出太多，在小桩径桩基施工中，易碰撞到接头，影响密封性。第三阶段：活接螺旋式薄壁声测管（2005年）活接螺旋式薄壁声测管也随之诞生，该类声测管预加工了螺纹，在焊接钢筋笼的同时现场连接安装，但是由于钢筋笼内部空间有限，操作便利性较差，同时，螺旋式声测管一旦储存时间增加，接口易锈蚀，影响接头连接、密封效果，造成漏浆，密封性也由会随之下降。第四阶段：传统钳压式薄壁声测管（2007年初）近年来，钳压式薄壁声测管在一些工程上得到了应用。传统钳压式薄壁声测管的设计原理系通过液压钳压紧○型圈，达到密封连接的效果。该产品施工便利，但单个密封圈无法确保密封性，且六角形钳压后，边角点应力集中，在深桩基中无法有效确保安装质量。第五阶段：新型高强双密封薄壁声测管（2007年中）双密封薄壁声测管集第四阶段声测管的优点，增加了密封安全，使得密封效果更好、更安全，特别是可以安全应用到深桩中。4、工程应用案例2008年1月，由xxx第x公路工程局有限公司承建的宁波绕城高速公路东段第九合同段甬江特大桥进入基础施工阶段。甬江特大桥是绕城高速公路东段的重大节点工程，横跨甬江，连接北仑区和镇海区。主桥全长908米，宽度为56.2米，主跨468米，在同类型联塔分幅斜拉桥结构中跨径世界第一。甬江特大桥主桥桩径2.2m，桩深达130m以上，工期紧，施工难度大，作为项目前期的桩基础施工，也面临着声测管选择上的技术难题。桩基深度的增加，对声测管的密封性提出了极高的要求，为了保证施工质量，提高施工进度，降低施工成本，减少安全隐患，采用了高强双密封超声波检测管。该种新型产品，在承口端端部设计了两个凸槽，凸槽内配有密封圈，安装时将本产品的插口端插入承口端10cm，然后用专用液压钳同时对两个凸槽进行挤压，被挤压部位的管材受力后收缩变形，两个凸槽之间的外层管材深陷入内层管材，从而有效实现了本产品的可靠连接；同时橡胶材质的密封圈在受挤压后变形贴服在两层管材之间，起到了极为良好的双保险密封作用。在使用传统钢管进行焊接操作时，下完一套130米左右桩长的钢筋笼，大概需要24小时左右，而在改用“高强双密封超声波检测管”后，现在下同样的钢筋笼只需要12小时左右，虽然这其中也有操作工人熟练度的问题，但是“高强双密封超声波检测管”的功劳在其中是非常明显的。新型高强双密封液压声测管部分项目参数指标与行业标准、企业标准对比见下表：标准检测项目声测管中华人民民共和国交交通行业标标准（JT/TT705--20077）声测管企业标准准（Q/33301022HCBZZ01-22006）新型高强双密封封声测管实实测数据接头密封性能（MPa）1MPa保压11min2MPa保压11min2MPa保压11min接头抗外压能力（MPa）4MPa保压11min4MPa保压22min4MPa保压22min接头抗拉拔能力（kN）3kN6kN6.1kN~99.5KNN接头抗扭能力（N·m）120N·m180N·m189.2N··m~3334.8N·m传统声测管和高强双密封液压声测管采购成本对比：不同桩径采购成成本57×3.5((mm)无缝管57×3.5((mm)焊管高强双密封液压压声测管每米单价(元))463013-201.5米以上桩桩径单价(元/米)18412052-801.5米以下桩桩径单价(元/米)1389039-60新型高强双密封液压声测管产品照片及现场施工照片：高强双密封超声波检测管声测管接长声测管安装5、结束语超声波透射法测桩技术通过桩内预埋的声测管自下而上对桩身混凝土作全面、细致的检测，根据超声波在混凝土中传播的声学参数(声时、波幅、频率等)和波形的变化来分析、推定桩身的完整性，是迄今为止检测桩身完整性最直观