桥梁桩基成孔检测技术方案

桥梁桩基成孔检测技术方案灌注桩的施工可分为成孔和成桩两阶段，其中成孔是灌注桩施工中的第一个环节。成孔作业由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，复杂的地质条件或施工中的失误都有可能产生塌孔、缩径、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。成孔质量的好坏直接影响到混凝土浇注后的成桩质量：桩孔径偏小则使得成桩的侧摩阻力、桩尖端承力减小，整桩的承载能力降低；桩孔扩径将导致成桩上部侧阻力增大，而下部侧阻力不能完全发挥，同时单桩的混凝土浇注量增加，费用提高；桩孔偏斜在一定程度上改变了桩竖向承载受力特性，削弱了桩基承载力的有效发挥，并且孔斜还易产生吊放钢筋笼困难、塌孔、钢筋保护层厚度不足等问题；桩底沉渣过厚使桩长减小，对于端承桩则直接影响桩尖的端承能力。因此，灌注桩在混凝土浇注前进行成孔质量检测对于控制成桩质量显得尤为重要。检测原理超声波检测的基本原理是利用超声波反射技术，获取孔壁信息并进行数据分析，对成孔质量进行综合检测，如图1所示。超声波检测成孔质量比较成型的仪器是超声波孔壁测定仪，它由超声仪、声波探头(由发射和接收换能器组成)、记录仪(或由计算机组成的数据采集系统)和提升机构等组成。图超声波成孔检测仪原理图

检测设备超声波成孔质量检测仪：采用武汉中岩RSM-HGT（B）型超声波成孔检测仪，全自动数控绞车无线连接，控制信号采集和探头升降。具体如下图所示。图超声波成孔检测仪1）超声信号频率：90KHz；超声功率：≥8w；2）升降速度：0~10m/min连续可调；3）水平精度：≤0.2%FS；4）检测孔径槽宽：Φ280mm～Φ7200mm；5）检测深度：标配100m，可定制。（3）检测方法将超声波探头沿充满泥浆的钻孔中心以一定速率下放，在连续下放过程中，发射探头垂直孔壁发射超声波脉冲，接收探头接收孔壁反射信息。当孔壁坚实牢固(或缩径)时，超声波传播双程旅行时间短、反射强度大；当孔壁疏松、塌孔(或扩径)时，超声波传播双程旅行时问长、反射强度小甚至接收不到反射信号。这样，从孔口到孔底通过记录反射时间和反射强度，可计算出钻孔在不同深度处的孔径值并可反映出孔壁状况，进而还可计算出孔深、垂直度等参数。图现场检测的孔径图现场实测时，超声波探头的下放与提升由绞车自动控制完成，反射信号从接收探头传至地面的记录仪，通过计算打印成图。超声波探头上共布置4组换能器，4组探头成正交十字探测钻孔两个方向的孔壁剖面。探头下到孔内某高程测点时，超声仪振荡器产生一定频率的电脉冲并同时打开计时门，电脉冲经放大后由发射换能器转换为声波并射入钻孔内的泥浆中向孔壁方向传播，当声波穿过泥浆到达孔壁后，由于泥浆的声阻抗远小于土层(或岩石)介质的声阻抗，声波几乎从孔壁产生全反射，反射波经过泥浆传播后被接收换能器接收，超声仪在接收到第一个声波信号后计时门关闭并记录下声波从发射到接收所经过的时间，该时间就是声波在孔内泥浆中的传播时间t，简称声时。假设泥浆的声波速度为c(c可通过实测得到)，就可通过下式计算出发射面(探头)到反射面(孔壁)之间的距离L。通过在该断面声波4组探头测得正交4个方向的探头至孔壁的距离，可确定孔壁的物理特征，如孔径、孔心和垂直度等，并绘制成图由打印机输出。（4）孔径计算孔径的计算方法是基于声波探头处于桩孔的中心点位置上。但在实际测量中，探头大多数情况下是偏离桩孔中心的，此时测量的孔径剖面测点并未通过孔的直径，即实测孔径要小于实际孔径，因此，需要通过一定的计算方法求得实际孔径值。如上图所示，假设已测得桩孔某位置深度上探头中心与4个方向孔壁的距离l1、l2、l3、l4值，O为桩孔中心点，O'点为探头中心点。当l1≥l2，l3≥l4时式中：l1为探头换能器方向I至孔壁的水平距离，l2为探头换能器方向Ⅱ至孔壁的水平距离，l3为探头换能器方向Ⅲ至孔壁的水平距离，l4为探头换能器方向Ⅳ至孔壁的水平距离，R1、R2为桩孔半径。当l2≥l1、l4≥l3或其它情况时，同以上方法一样可以求得孔径。只要在计算机进行数据处理时，在程序中对l1、l2、l3、l4的大小加以判别，采用相应的公式就可以求得桩孔的平均直径D。（5）垂直度计算为计算成孔的垂直度，首先应计算出孔中心位置与探头的相对偏差。计算方法如图8所示，图中O为探头中心点，O0为第1测点桩孔中心点，On为第n测点桩孔中心点。设第1个测点时声波探头中心相对于桩孔中心点的偏离坐标为X0、Y0，第n个测点时声波探头中心相对于桩孔中心点的偏离坐标为Xn、Yn，那么，式中：l10、l20、l30、l40为第1个测点时，探头中心沿水平方向至孔壁的4个方向的距离，l1n、l2n、l3n、l4n为第n个测点时，探头中心沿水平方向至孔壁的4个方向的距离。设桩孔的第n个测点时的偏心距为E，有那么桩孔在第n个测点时的垂直度Kn为式中：Hn为第n个测点的孔深值。成孔质量检测工程实例结合实测曲线说明大直径钻孔灌注桩在成孔阶段中常见缺陷的超声波曲线图的判读方法，并分析其成孔质量。1、合格孔图2所示的实测记录为正循环回转法施工成孔，桩长35.0m，直径1.0m。从图2中可以看出。钻孔垂直，孔深孔径满足设计要求且孔壁状况良好，说明钻孔及泥浆护壁效果很理想，这是典型的合格孔合格孔(局部)2、缩径和扩径缩径和扩径在钻孔过程中是经常发生的，这与地层和泥浆调浆都有关系，它直接影响到成孔以后的各步工序，特别是成孔后下放钢筋笼，如遇到较为严重的缩径，钢筋笼就不能下放到预定的位置，在拔起钢筋笼重新对钻孔进行处理时很可能使钢筋笼变形，造成损失且延误工期。图3为浅部缩径孔实测记录，此孔设计孔径为1.0m。由图3可见，1.0～5.0m孔段明显出现缩径，5.0m以下孔径正常。图4为中部扩径孔实测记录，此孔设计孔径为1.0m。由此可见，15.5～19.5m：孔段明显出现扩径，最大孔径达1.35m。图3缩径桩(局部放大)图4扩径桩(局部放大)3、钻孔倾斜由于钻机安装时没有使转盘与钻架上吊轮在同一垂直线上或者正常钻进中没有根据不同方面地质条件采取相应控制进尺措施，钻孔常会发生倾斜，严重者对其单桩承载力有很大的不利影响。图5为孔实测记录为正循环施工成孔。由图5可见，钻孔上部较为垂直，从中部开始明显出现倾斜。4、泥浆比重过高在钻进过程中，泥浆比重不宜过高。按照规范规定，在浇注混凝土之前，孔底500mm以内的泥浆相对密度应小于1.25。工程实例表明泥浆相对密度过高会造成孔底沉淤和堵管等工程问题，更严重的是产生泥皮对成桩侧摩阻力的发挥有很大影响。通过超声波检测可以反映出泥浆比重偏高和过高的情况，图6为实测记录。从图6中可以看到，