声波透射法检测大桥基桩及缺陷桩处理

摘 要： 讨论桥梁基桩工程中超声波透射法检测法，以及实际应用过程中基桩缺陷的判定，并以“二七长江大桥配套工程Ⅳ标”部分基桩为实例对桩基缺陷和完整性进行判别及分析，简要总结了对缺陷桩处理方法。

关键词： 超声波透射法；基桩检测；桩的完整性；缺陷处理

0 引言

超声波（简称声波）透射法测试是弹性波测试方法的一种，建立在固体介质中弹性波的传播理论上，以人工激振的方法向介质发射声波，在一定的空间距离上接收介质物理物性调制的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，解决一系列岩土工程中的有关问题。声波透射法以其准确性高、直观等优点，使其在道桥建设中得到广泛应用[1]。

本文以二七长江大桥配套工程Ⅳ标部分基桩为实例对声波透射法检测桥基桩质量的测试方法和判别规定进行了分析、研究，并简要讨论了该在建大桥缺陷桩处理方法，积累了厚沙层条件下成桩工程经验。

1 检测设备以及方法

本次检测所使用的仪器设备。

二七长江大桥配套工程Ⅳ标一般采用1m，1.2m，1.5m的桩径。施工时，在桩体中预埋3根孔径50mm的钢管做声测管，预埋管绑扎在钢筋笼的内测，且沿基桩平行设置，管底密封，管内注满清水。考虑到混凝土在龄期14天后声波波速、波幅等性能参数已经趋于平缓，一般要求混凝土桩基的龄期大于14天。检测前应冲洗声测管，以保证换能器在全程范围内升降顺畅。声测管按顺序进行编号A、B、C（以北侧和平大道方向为A管，B、C管顺时针排列），得到A-B、A-C、B-C测面。量测两测管中心距，分别对A-B、A-C、B-C剖面进行对测。测试时由下而上，每次测距200mm，当发现桩体异常时，测距加密为50mm测读一次。二七长江大桥配套工程Ⅳ标段一般采用平测和斜测两种方法。

2 测试数据处理及缺陷判定

声波透射法法评价基桩完整性时，可按波形好坏直接判断某桩是否有缺陷。综合评价时应根据声时曲线、PSD曲线和声幅曲线等三条曲线来判定缺陷的部位和大小[3]。

在处理分析该标段采集波形时我们总结发现：声时、声幅和波形三种曲线经常常出现以下三种情况：

1）声时超判据，声幅未超判据，且波形完好时。表明该处混凝土仍为均质，混凝土强度偏小。若声时超标出现在零星加密点，且值小，缺陷不影响桩的安全性。可能因为测管弯曲，在测管拐点处数据超判据，不应该判断为混凝土有缺陷。

2）声时未超判据，声幅超判据，除首波外波形其他正常。这种情况表示混凝土局部有细小空洞，不影响桩的安全性。

3）声时未超判据，声幅未超判据，波形幅值较低。这种情况表示换能器位于混凝土强度变化的界面处，总结可能是混凝土质量问题或龄期未达到，通常隔较长一段时间复检，波形质量改观很大。

3 声波透射法检测实例分析

3.1 完整桩

E30-4号桩为例，桩长68m，桩径1.2m的钻孔灌注桩。检测显示三个测面的声速-深度曲线、声幅-深度曲线都比较平滑，且曲线的声速、波幅均大于临界值，PSD判据无异常突起现象，非常直观的反映出桩身的混凝土均质性良好。

3.2 基桩声测管附近包沙

E28-2号桩，桩深64m，桩径1.2m，检测中发现该桩在设计桩顶以下1.4-2.6m处，B-C面波形出现异常（如图1），此处B-C测区的声速较小，声幅均远小于临界值，声速最小值为2800-3000m/s间，与正常值相差较远，且PSD判据异常突起。现场判断为夹沙或夹泥。通过了解灌注记录发现在灌注桩头部分时等待第二车混凝土时间较长，导管提速较快，混凝土在灌注接近桩头时翻涌速度降低，浮浆在声测管附近滞留时间长所致。后施工单位挖开一侧后发现B声测管包沙。

3.3 桩底夹泥、空心现象

SW9-2号桩，该桩为桩径1.5m，桩长58m的钻孔灌注桩。由检测曲线图可以看出，在桩底部1.5m范围内三个检测面声速、声幅均低于临界值，且PSD判据异常突起。通过了解施工情况，得知在浇灌底部施工中导管卡管时间较长，导致桩底部泥浆和混凝土混合且局部形成空腔。

4 缺陷桩处理实例

二七长江大桥配套工程Ⅳ标所在地段从地质勘测报告显示处于厚沙层，部分地区砂层厚度深达40-50m，施工条件较为复杂。在基桩检测过程中发现多根声测管附近包沙、包泥现象，且厚度较薄多数集中在桩头附近，极少数在桩身中部偏上。另外，检测过程中个别桩底出现较严重缺陷。现总结缺陷桩处理方法如下：

对于缺陷桩的处理方法大致可分为以下几种：高喷法[4]、开挖补强法、钻孔压浆法、加大桩径法、加扁担桩法、追加桩法[5]。二七长江大桥配套工程Ⅳ标第一批基桩完整性检测出现的缺陷桩处理主要以开挖补强法以及钻孔压浆法为主。

NE1-1号桩，桩长52m，桩径1200mm，C30混凝土浇灌，声波透射发检测在设计桩顶一下28.5-30m处存在缺陷。对其采用钻孔取芯（取芯孔位布置如图2）。1号孔位布置在桩芯，其余3个孔位布置在1号孔离边缘30cm处。钻孔芯样得知，在桩身29-30m处有夹泥层伴有少量不密实混凝土。1号孔夹泥厚度26cm，2号孔13cm，3号孔25cm，4号孔28cm，夹泥平均厚度23cm。

采用钻孔压浆法处理缺陷部位。冲洗：将25毫米钢管置于夹泥层底部，高压水冲洗并微提钢管至该孔持续排除清水10分钟，再用空压机的高压风将孔内吹干[6]，其余三孔重复操作。压浆：25mm钢管作导管，孔内水排空后，用压浆泵将水泥砂浆压入孔底，直至所有孔口排出浓浆为止。压浆完成后，经过28天的养护，对桩体进行声波透射法检测，测定缺陷部位完整性。

E28-2号桩，桩深64m，桩径1.2m。缺陷：设计桩顶以下1m-2.5m处B声测管附近包沙且砂层较薄。由于缺陷处在设计桩顶以下相对较浅深度，所以采用开挖补强法处理缺陷处。在该桩临近B管处开挖2.5m弧形工作坑，直接找到缺陷位置，凿除夹砂，露出密实的新鲜混凝土面，用高压水清洗干净。再用高于C30的混凝土将缺陷处进行补强，三天后回填工作坑。养护28天，经声波透射法检测，该桩达到规范以及设计要求。

SW9-2号桩，该桩为桩径1.5m，桩长58m，设计为端承匝道桩。缺陷：底部1.5m范围内部泥浆和混凝土混合且局部形成空腔。由于底部较深，钻孔取芯极易发生偏斜，甚至钻进砂层导致泥沙充满钻孔，因而在处理此缺陷桩时，决定用冲击钻破除该桩并重新进行浇灌。浇灌完成并经过养护后采用声波透射法检测该桩达到规范以及设计要求。

5 结语

在检测过程中不能根据某单一指标来确定是否有缺陷，而应综合各个指标来分析是否有缺陷以及缺陷的范围和程度。对于混凝土声速和波幅值出现异常并判为可疑缺陷区的部位，采用了水平加密、等差同步或扇形扫测（辅助）等方法进行细测，结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严重程度。厚砂层地质条件下的桥梁基桩施工，从实际基桩检测来看，同一施工单位对比较其他类别的基桩缺陷而言极易产生声测管附近包沙的现象。声测管附近包沙很可能与厚沙层的地质条件相关，另外，从现场采集的相片来看部分被破除的桩头声测管附近都有不同程度的包沙。对于包沙的原因分析以及施工工艺的改进还有待做进一步的研究分析与优化。

参考文献：

[1]杨明亮、全元元、李健民、姜生高，声波透射法对桥基桩质量检测的判别及分析[J].土工基础，2003（3），第1期：62-63.

[2]武汉岩海公司，RS-STO1D非金属声波检测仪用户手册[R].2000.

[3]中华人民共和国交通部，公路工程基桩动测技术规程JTG/T F81-01-2004[S].2004.

[4]史斌、李卫东，高喷法处理桥梁基桩缺陷[J].河南交通科技术，2000（10），第五期：12-14.

[5]王振峰、瞿春侠、韩秦平等，谈桥梁桩基缺陷的几种处理方法[J].陕西建筑，2006（6）第132期：40-42.

[6]孟颖，高压水冲法在桥梁桩基质量缺陷处理中的应用[J].山西建筑，2007（7），第20期：128-129.