超声波法在桥梁桩基完整性检测中的应用

摘要:近年来，桥梁桩基检测技术得到不断改进，目前用于桥梁桩基检测的超声波法得到了广泛的关注。本文从超声波法检测原理出发，分析了超声波法的具体检测技术和判定方法，工程应用实例表明，超声波法是一种检测桥梁桩基质量和完整性的有效方法，并总结了检测中的注意事项，可供参考借鉴。

关键词:超声波法；梁桩基桩基；完整性检测；判定方法

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A文章编号：

1 引言

随着国民经济的持续发展，我国公路建设也不断加快，众多的桥梁工程出现。桥梁工程大量采用桩基础，桩基是桥梁的主要承重结构，它的质量好坏对结构的安全是至关重要的。灌桩桩是一种常见的桥梁桩基型式，由于成桩过程中,不可避免地要受到各因素的影响，极易出现各类缺陷，因桩身深埋于地下,隐蔽性极强,极难发现质量问题。因此，对桥梁桩基进行必要的检测，判定桩身的缺陷和位置，是排除桥梁工程隐患，确保桥梁工程质量的重点工作。超声波法是近几年来应用较为广泛的技术，具有技术简单、检测数据准确、成本低、速度快、对人体无害等优点。

2现场检测技术

2.1超声波延迟时间t0的确定

声时是检测的基本量，原始测读的声时值t可理解为由2部分组成，即超声波脉冲经过非混凝土距离的延迟声时t0、超声波脉冲穿过混凝土的声时tc。混凝土中实际声时为:

tc=t－t0 (1)

检测前应测得超声波经过非混凝土距离的延迟声时t0。

本文采用检测t0的方法:取与灌注桩中埋设一致的声测管2段，每段长度300mm，并排后用钢丝绑紧。将超声波检测仪的发射和接收换能器分别放入管内，换能器顶部保持管内相同位置，将两测管竖向置于清水中(此清水应与灌注桩声测管中耦合水完全一致)，检测得到的即为超声波延迟时间t0。

2.2灌注桩进行检测时的龄期要求

当前工程建设施工工期安排均比较紧凑，灌注桩施工后，施工单位力争在最短的时间内安排检测。某工程灌注桩施工3天后进行检测，检测中波形信号很弱，且波形衰变严重，全部测点均出现这种情况，初步判定为混凝土龄期太短，混凝土早期强度较低严重干扰超声波信号。灌注后10天再次检测，即不再出现上述情况，超声波信号完整、波形良好，判定为完整无缺陷桩。由此可以看出，混凝土龄期对于超声波法检测有比较大的影响，被测混凝土龄期一般以14天为宜。龄期过短，会严重影响检测质量。

2.3现场检测的步骤

(1)依据被测桩的桩径选择合适频率的换能器和仪器参数，超声波谐振频率为30～50kHz，电压幅值为200～1000V，并且整批桩的检测过程中检测参数应保持一致。

(2)将超声波发射、接收换能器通过深度控制分别置于两根声测管的顶部或底部，以同一高度或一定的间距同步升降，以设定的测点间距对灌注桩逐点检测声学参数并记录换能器所在深度。检测过程中应随时校正两个换能器的高度，累计相对高差不应大于20mm。

(3)对于全自动或半自动超声波检测仪，换能器提升速度应通过试验确定。尤其对于大直径桩，换能器提升速度过快，对超声波信号的采集有很大的影响。对局部小缺陷桩影响尤为明显，严重时会导致换能器接收不到信号，使图形信号严重变形，引起对桩身质量的误判。推荐提升速度为3m/min。

(4)测点间距应不大于250mm。对整根灌注桩每一检测剖面逐点检测，遇到数据可疑的部位应复测或加密检测，并结合全部检测剖面数据来确定缺陷的位置及严重程度。检测方法如图1。

图1 双声测管检测方法

3检测数据分析判定方法

3.1声速判据

声测管中声时、声速和声速平均值应按下列公式计算，并应绘出声速－深度曲线、波幅－深度曲线。

t=ti－t0 (1)

(2)

(3)

式中:

t—声时值，μs；

ti—超声波第i测点声时值，μs；

t0—超声波经过非混凝土路径所用时间，μs；

vi—第i个测点声速值，km/s；

l—两根声测管外壁间的距离，mm；

vn—混凝土声速平均值，km/s；

n—灌注桩所有检测剖面测点总数。

当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。

Vi＜VD (4)

VD=Vn－2σv(5)

(6)

式中:

vi—第i个测点声速值，km/s；

vD—声速临界值，km/s；

vn—正常混凝土声速平均值，km/s；

σv—正常混凝土声速标准差；

vi—第i个测点声速值，km/s；

n—灌注桩所有检测剖面测点总数。

当检测剖面n个测点声速均偏低且标准差很小时，宜采用声速低限值判据。即实测混凝土声速值低于声速低限值时，可直接判定为异常。

Vi＜VL (7)

式中:

vi—第i个测点声速值，km/s；

vL—声速低限值，km/s，由预留的同条件混凝土试块的抗压强度与声速对比试验结果并结合本地区实际经验确定。

3.2波幅判据

实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。

AD=An－6 (8)

(9)

式中:AD—波幅临界值，dB；An—波幅平均值，dB；Ai—第i个测点相对波幅值，dB；n—灌注桩所有检测剖面测点总数。

3.3 PSD判据

采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。

（10）

式中:ti—超声波第i测点声时值，μs；ti－1—超声波第i－1个测点声时值，μs；zi—第i测点的深度，m；zi－1—第i－1个测点的深度，m。

4工程实例分析

结合某桥梁工程桩基检测为例，阐述灌注桩桩身完整性类别判断依据。所用检测设备为北京康科瑞工程检测技术有限公司生产的NM－4A型非金属超声波检测分析仪，双管式换能器，直径28mm；分析软件为康科瑞半自动测桩系统V1.20版。

4.1I类桩

Ⅰ类桩的各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常。图2所示，3个剖面声速、幅值和PSD曲线均在正常值范围内。

图2Ⅰ类桩检测波形曲线

4.2 II类桩

II类桩某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常。图3所示，Ⅲ剖面－4.8m处波速略低，波幅略小于临界值，3个剖面波形基本正常。

图3 Ⅱ类桩检测波形曲线

4.3 Ⅲ类桩

Ⅲ类桩某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，PSD值变大，波形畸变。图4所示，此桩在(－9.0～－8.8m)处3个检测剖面声速、波幅均小于临界值，PSD值突变，波形畸变，并对此(－9.4～－8.4m)处进行了每测点100mm间距的加密检测，加密检测的图形如图4，初步判断此处为可疑缺陷区。后打开验证，此桩在(－9.2～－8.8m)桩身混凝土很不密实夹泥较严重，与超声波检测缺陷位置判断基本吻合。

图4 Ⅲ类桩检测波形曲线