浅谈超声法混凝土灌注桩质量检测

摘要：本文对超声法混凝土灌注桩质量检测进行了论述。

Abstract: The paper discussed the quality test of concrete pile survey by ultrasonic method.

关键词：原理方法；测试技术；适用范围

Key words: principle and method; test technology; applicable scope

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）12-0112-01

1 基本原理及方法

混凝土是由多种材料组成的多相非匀质体。对于正常的混凝土，声波在其中传播的速度是有一定范围的，当传播路径遇到混凝土有缺陷时，如断裂、裂缝、夹泥和密实度差等，声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过，声波将发生衰减，造成传播时间延长，使声时增大，计算声速降低，波幅减小，波形畸变，利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化，来分析判断桩身混凝土质量。

声波透射法检测桩身混凝土质量，是在桩身中预埋2～4根声测管。将超声波发射、接收探头分别置于2根导管中，进行声波发射和接收，使超声波在桩身混凝土中传播，用超声仪测出超声波的传播时间t、波幅A及频率f等物理量，就可判断桩身结构完整性。

2 适用范围

声波透射法适用于检测桩径大于0.6m混凝土灌注桩的完整性，因为桩径较小时，声波换能器与检测管的声耦合会引起较大的相对测试误差。其桩长不受限制。

3 仪器设备

3.1 试验装置

声波透射法试验装置包括超声检测仪、超声波发射及接收换能器（亦称探头）、预埋测管等，也有加上换能器标高控制绞车和数据处理计算机。

3.2 超声检测仪的技术性能应符合下列规定：接收放大系统的频带宽度宜为5～50kHz，增益应大于100dB，并带有0～60（或80）dB的衰减器，其分辨率应为1dB，衰减器的误差应小于1dB，其档间误差应小于1％。

3.3 换能器应采用柱状径向振动的换能器，将超声仪发出的电脉冲信号转换成机械振动信号，其共振频率宜为25～50kHz，外形为圆柱形，外径Φ30mm，长度200mm。换能器宜装有前置放大器，前置放大器的频带宽度宜为5～50kHz。绝缘电阻应达5MΩ，其水密性应满足在1MPa水压下不漏水。桩径较大时，宜采用增压式柱状探头。

3.4 声测管是声波透射法检测装置的重要组成部分，宜采用钢管、塑料管或钢质波纹管，其内径宜为50～60m。

4 测试技术

4.1 预埋声测管应符合下列规定：桩径0.6～1.0m应埋设双管；1.0～2.5m应埋设三根管；桩径2.5m以上应埋设四根。声测管底端及接头应严格密封，保证管外泥冰在1MPa压力下不会渗入管内。上端应加盖。声测管可焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，检测管之间应互相平行。

在检测管内应注满清水。

4.2 现场检测前应测定声波检测仪发射至接收系统的延迟时间t0，并应按下式计算声时修正值t'：

t'=（D-d）/Vt+（d-d'）/Vw

4.3 检测步骤应符合下列要求：测量时上述发射与接收换能器可置于同一标高，当发射与接收换能器置于不同标高时，其水平测角可取30～40°。

测量点距20～40cm。当发现读数异常时，应加密测量点距，以保证测点间声场可以覆盖而不至漏测。

每组检测管测试完成后，测试点应随机重复抽测10％～20％。其声时相对标准差不应大于5％；波幅相对标准差不应大于10％。并对声时及波幅异常的部位应重复抽测。

5 检测数据的处理与判定

5.1 由现场所测的数据应绘制声时－深度曲线及波幅（衰减值）－深度曲线。

5.2 桩身完整性应按下列规定判定：应采用声时平均值μt与声时2倍标准差σt之和作为判定桩身有无缺陷的临界值。并应按下列公式计算：

式中，

n―测点数；tci―混凝土中第i测点声波传播时间（μs）；μt―声时平均值（μs）；σt―声时标准差。

波幅（衰减量）比声速对缺陷反应更灵敏，可采用接收信号能量平均值的一半作为判断缺陷临界值。波幅值以衰减器的衰减量q表示。波幅判断的临界值qD有下列关系：

式中，

μq―衰减量平均值（dB）；qi―第i测点的衰减量（dB）；n―测点数。

对超越临界值的测区应进行缺陷分析与判断。

6 工程实例

某特大桥桩基础进行声波透射法检测，现场测试工作于2009年6月11日完成。大桥桩基础采用钻孔灌注桩，被测桩编号为Z2－1#，桩径Ф1200mm，桩长26.8m，桩身混凝土强度等级C30，桩端持力层为砾砂，土层自上而下为：粘土，粉质粘土，粗砂，砾砂。

声波透射法按《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003有关规定进行，桩内埋设3根测管，通过测量整个桩身检测区域内的超声波传播时间，观察接收到的信号幅度变化，来分析判断桩身结构完整性。本次检测采用RS-ST01C型非金属超声检测仪。

该桩同时采用反射波法进行检测，所用仪器为武汉岩海公司RS-1616K（S）基桩动测仪，实测时域曲线。

根据声波透射法检测结果分析，桩顶下7～7.5m处，16.5～17.5m处及28.0～32.0m处均有明显的波峰，前两个波峰处其Ktz・Δt值（即PSD判据值）分别为200及580左右，这两处缺陷为局部夹泥，而桩顶下28.0～32.0m处六对测向均无法接收到超声信号，判断该桩28.0～32.0m处桩身混凝土严重离析，不合格桩。

由反射波法测得的时域曲线图可看出，该桩桩顶下32.0m处有与入射波同相位的明显反射波，判断为该处桩身混凝土严重离析，与声波透射法检测结果基本吻合。

参考文献：

[1]罗骐先.桩基工程检测手册[M].第一版.北京：人民交通出版社，2003.

[2]JGJ106-2003 建筑基桩检测技术规范[S].第一版.北京：中国建筑工业出版社，2003.