声波透射法在混凝土灌注桩桩身完整性检测中的应用

摘要：对于大直径混凝土灌注桩的检测来说声波透射法是当前最可靠的方法之一，能够相当准确的判别桩的各类缺陷。本文介绍了声波透射法的基本原理，在检测过程中需要注意的各类问题。通过现场检测实例提出了桩身存在缺陷时声学参数的几种特征。

Abstract: The sound wave transmission method is recognized as one of the most reliable methods in the detection of the large-diameter concrete piles. This method can accurately determine various types of defects in the concrete piles. This paper describes the fundamental principle of the sound wave transmission method and various problems that need attention in the detection process. This paper also brings forward several characteristics of acoustic parameters when the piles were detected with defects based on the in situ test.

关键词：声波透射法；完整性检测；混凝土灌注桩

Key words: sound wave transmission method；integrity testing；concrete piles

中图分类号：TU37 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）28-0109-02

0引言

大直径混凝土桩的施工过程中，容易产生离析、局部夹层、断桩、缩颈等桩身缺陷。尤其水下灌注混凝土的技术复杂，作业要求紧密连贯，成桩过程具有隐蔽性，成桩后较难检查。如不通过检测，将会削弱基桩的力学性能和耐久性，给工程质量留下隐患。目前，基桩完整性的检测手段，主要有钻芯法、低应变法、高应变法和声波透射法等。但是对于长桩、大直径桩或深部缺陷桩的检测具有一定的局限性。如低应变法因激振能量小，对深部缺陷及桩底反射不灵敏；桩身存在多处缺陷时，由于多个反射波相互干扰，形成复杂波列，故对桩身缺陷的类型、程度及位置都难以做出准确的判断。钻芯法钻孔有限，只能反映桩身局部缺陷，对于小缺陷有时难以发现，且费时费力，对桩身结构存在损害，不利于普查。大直径混凝土灌注桩的检测宜采用声波透射法。与其他几种方法比较，声波透射法有其鲜明的特点：检测全面、细致，声波检测的范围可覆盖全桩长的各个横截面，信息量丰富，结果准确可靠，且现场操作简便，不受桩长、长径比的限制[1]。

1声波透射法的基本原理及检测技术

1.1 声波透射法检测混凝土灌注桩的基本原理在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为换能器的通道，管内注满清水作为耦合剂，将超声波脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中。每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管的换能器发射出去，穿过待测的桩体混凝土，并经另一根声测管的接收换能器被仪器接收，判读出超声波穿过混凝土的声时、声速、接收波首波的波幅以及接收波主频变化等参数。混凝土是由多种材料组成的非匀质多孔结构，当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到透射波能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率编号及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。

1.2 检测方法及检测过程中应注意的问题 声波透射法测桩常用的检测方法有跨孔透射法和单孔折射法。我公司使用的仪器是武汉岩海公司的RS-STO1D（P）型非金属超声波检测仪，采用跨孔透射法进行桩身完整性检测。

声波透射法在检测大直径灌注基桩中，应对各个环节严加注意，稍有疏忽，都会对检测的结果造成严重影响，甚至形成错判。因此，在检测应严格按照规定程序进行。

1.2.1 检测前应对声测管进行试探性检查 声波检测管通常埋设在桩基中，稍不注意都会在声测管中夹有异物，这将影响检测探头放到桩底，而且很容易导致探头夹在管中，无法提起来，造成不必要的损失。因此，要求声测管埋设完成后必须加盖以防异物落下。检测前取下盖子，灌满清水，用测试绳通到管底，检查声测管是否畅通。

1.2.2 声测管的耦合剂必须采用清水 规范中明确规定声波透射法检测中的耦合剂为清水[2]，但在一些工程实例中由于附近清水取用比较困难，在声测管中灌入泥水或污水，静置一段时间以后，泥水发生沉淀使探头无法下到管底，污水则会影响超声波的传送与接收[3]。遇见这种情况我们采用的方法是：使用硬质PVC管插入声测管底部，将管底部的污水通过高压水泵的压力冲出，直到有清水翻出。

1.2.3 检测时提升探头要同步 声波透射法检测大直径混凝土灌注桩中，常采用水平同步法，测点间距不宜大于250mm。发射与接收换能器应以相同标高同步升降，其累计相对高差不应大于20mm，并随时校正。为了使两个换能器同步升降，在检测中需要有经验的工人进行配合，发射与接收换能器的相对高差超过规定值后，主机将无法接收到信号。

2 工程实例分析

我公司使用的仪器是武汉岩海公司生产的RS-STO1D（P）非金属超声波检测仪。检测过程中，当有2根以上声测管时，将声测管按顺时针旋转方向进行编号和分组，防止记录有错，并依次放入一对换能器。根据声测管间距调整合适的延时时间，使得采集到的首波在仪器屏幕合适的位置。采用一发一收平测，测点间距为250mm，从桩底至桩顶逐点检测出声时、声速、波幅以及主频等声学参数，根据声学参数来判定桩的质量。

2.1 完整桩 某市政桥梁工程4号墩的5号桩，桩径为1200mm，桩长10m。该桩3个剖面的声时-深度、波幅-深度、声速-深度曲线近似一条直线，各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常，分析结果4-5#桩为Ⅰ类桩。其中图1为BC剖面的波形曲线。

2.2 缺陷桩

2.2.1 桩身局部夹层 某高速公路桥梁工程0号墩2号桩，桩长9.0m，桩径为1200mm。在检测过程中发现，BC剖面在均桩顶7.14～7.64m范围内声学参数出现异常。经对其加密检测，在同一位置处声速降低，波幅出现陡降。经钻孔取芯以及灌注技术人员证实，BC剖面在7.14～7.64m范围内存在泥水混合物。其中图2为BC剖面的波形曲线。

2.2.2 桩底离析 桩底沉渣声波曲线特征见图3。图3为某市高速公路大桥扩建基桩3号墩3号桩的AB剖面超声波检测波形曲线。该桩检测长度8.8m。在8.1～8.8m范围内声速曲线陡降，超过了波速临界值，波幅曲线衰减较快，可推断出桩底部松散离析。经施工单位证实清孔不干净，沉渣较厚，引起混凝土松散离析现象。

2.2.3 断桩 断桩是桩基缺陷最严重的情况。其断桩部位的声时陡增，声速陡降，波幅严重衰减，甚至衰减100%，即无波形或者接收换能器无接收信号出现。图4为某高速公路基桩1号墩2号桩的声波透射法检测图，该桩检测长度为25.3m，AB、BC、AC剖面在16.16～19.76m范围内声速陡降，波幅衰减100%，接收换能器无接收信号出现，可判断为断桩。经施工技术人员证实当天灌注混凝土时等待时间过长使混凝土离析，又没有进行二次搅拌，灌注时大量骨料卡在导管内，不得不提出导管进行清理，引起断桩。

3 结语

3.1 采用声波透射法进行大直径混凝土灌注桩桩身完整性的检测，可对桩身全长范围内的混凝土缺陷、均匀性进行检测，且不受桩径桩长的限制，对现场条件要求不高，相对其他方法具有独特优势。

3.2 声波透射法检测桩基质量时，有时会受到客观因素的影响，导致轻判、误判、错判，要求施工技术人员和检测人员在声测管埋设和声测管检测时要严密注意各个环节，以免造成不必要的损失。

3.3 声波透射法检测中若发现异常情况，可根据各种实测曲线的变化规律，结合工程地质资料、施工情况，并采用加密测点或斜测的方法，综合判断缺陷性质和成都，使检测结果更接近实际，避免误判。

参考文献：

[1]陈凡，徐天平，陈久照等.基桩质量检测技术[M].北京：建筑工业出版社，2003。

[2]JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3]张宏，鲍树峰，马晔.基于声波透射法的大直径超长桩的完整性分析.路基工程，2007[5].45-47.