基桩声波检测技术研究发展现状

邓军，赵刚（重庆华姿建筑工程有限公司，重庆400030）

基桩声波检测技术研究发展现状

邓军，赵刚
（重庆华姿建筑工程有限公司，重庆400030）

地基与基础工程是工程结构的重要组成部分，可靠的基础工程质量是工程存在的根本，必要的检测是衡量基础工程质量是否可靠的基本手段，而声波检测基桩完整性是桩基工程检测的主要方法之一。该文由重庆市新近实施的两套地方标准规定，引出目前基桩声波检测技术的现状，讨论基桩声波检测技术的可能发展方向。

基桩；检测；声波透射法；单孔折射法；桩外孔透射法

0 引言

重庆市城乡建设委员会2011年5月31日发布了重庆市工程建设强制性标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》[1]，编号为：DBJ50-125-2011，以下简称“DBJ50-125-2011”，于2011年8月1日起实施；又于2012年1月1日发布了重庆市工程建设标准《建筑地基基础检测技术规范》[2]，编号为：DBJ50/ T-136-2012，以下简称“DBJ50/T-136-2012”，于2012年3月1日起实施。这两套标准中有关基桩声波检测的规定较现行国家、行业标准更严，本文就工程中可能会遇到既有规范给定的声波检测方式难以实现检测目的的相关问题作如下探讨。

1 问题的提出

DBJ50-125-2011[1]第5.2.3条规定，基桩混凝土完整性可采用低应变物探、声波透射法或钻孔抽心法进行检测，对柱下单桩和截面尺寸大于800mm×800mm或直径大于800mm的灌注桩，应采用声波透射法或钻孔抽芯法进行检测。DBJ50/ T-136-2012[2]第4.6.8条规定，当机械钻孔灌注桩桩身穿越较厚的新近填土、欠固结土及流沙层等复杂地质条件时，或者水下浇筑混凝土时、采用新工艺新桩型时、桩长大于15m时、对桩基施工质量有怀疑时，桩身完整性应全部采用声波透射法或钻心法进行检测。DBJ50/T-136-2012[2]此项规定未对基桩直径做限定，也就是说存在以上情况之一的任何直径机械钻孔灌注桩都应全部采用声波透射法或钻心法进行桩身完整性检测。

1.1 现行标准声波检测技术

工程建设中常用于检测桩身完整性的声波透射法，是在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因而到达接收换能器的声时、波辐及主频会发生改变，由此测出被测混凝土介质的声学参数，声波透射法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完整性。《建筑基桩检测技术规程》[3]JGJ106-2003（以下简称“JGJ106-2003”）与DBJ50/T-136-2012[2]定义的声波透射法与其基本一致，只是检测对象增加了地下连续墙。

现行标准声波检测法用于桩身完整性检测，在工程实践中还存在一些问题。比如对声测管平行度要求高，当预埋声测管平行度稍差就可能造成误判；又比如声测管发生堵塞很难疏通，导致无法采用声波透射法进行检测；本文重点讨论其在直径小于600mm基桩检测中的问题。JGJ106-2003[3]要求声测管的内径宜为50～60mm，DBJ50/T-136-2012[2]要求声测管的内径应大于换能器外径。根据国家交通行业标准《混凝土灌注桩用钢薄壁声测管及使用要求》[4]JT/T 705-2007（以下简称“JT/T 705-2007”）要求声测管的内径比换能器外径大15～20mm，声测管的外径为40～60mm。声波透射法所用声测管应安装在基桩钢筋笼内侧，由于桩身钢筋保护层厚度不小于50mm，除桩身钢筋后，桩身直径为800mm时2根声测管之间净距约为600mm，桩身直径为600mm时2根声测管之间净距约为400mm。当声测管净距小于300mm左右时，声波换能器与检测管的耦合会引起较大相对测试误差，同时预埋密集声测管可能引起附加基桩施工质量问题，即使不影响基桩混凝土浇筑质量，声测管沿桩身残留下的孔洞也会影响基桩的承载能力。对于较小直径基桩采用声波透射法检测即使得出桩身完整结论，而检测后基桩实质上可能被声测管“破坏得”不完整了。

基于以上原因，中国工程建设标准化协会标准《超声法检测混凝土缺陷技术规程》[5]CECS21:2000第9.1.1条，和国家电力行业标准《电力工程物探技术规程》[6]DL/T 5159-2002第14.5.1条规定声波透射法适用于直径不小于600mm的混凝土灌注桩完整性检测。国家交通行业标准《公路工程基桩动测技术规程》[7]JTG/T F81-01-2004（以下简称“JTG/T F81-01-2004”）更是规定直径不小于800mm。重庆市工程建设标准《旋挖成孔灌注桩工程技术规程》今年7月开始征求意见，在征求意见稿中，规定了旋挖成孔灌注桩桩身完整性应100%检测，检测方法应采用声波透射法或钻芯法，并在附录中给出了声波透射法检测要点，但其适用对象也是桩径不小于600mm的混凝土旋挖灌注桩。

1.2 问题所在

近年重庆出现了很多使用中小直径机械成孔灌注桩的工程项目，采用JGJ106-2003[3]和DBJ50/T-136-2012[2]等现行标准规定的声波透射法做桩身完整性检测，就会出现声测管净距太小、占取桩身截面损失大，导致附加质量缺陷等问题。也许读者会发现规定采用声波透射法检测时，都伴随着“或钻心法”规定，不宜采用声波透射法，若用钻孔抽芯方式能达到检测目的也是可以的。

钻芯法“一孔之见”缺点众所周知，检测费用大、效率低但不足以作为不宜采用该法的理由。现以直径500mm基桩为例说明其关键缺点：假设钻孔中心对齐桩中心（标准规定钻芯孔距离桩中心100～150mm），此时钻孔边缘距离桩边为200mm，距离钢筋笼不足150mm，又假设机械钻孔桩的桩身垂直度偏差为1%（算合格），钻芯法检测的钻芯孔垂直度偏差为0.5%（算合格），如果桩身垂直度与钻芯孔垂直度偏差方向相反，钻芯进尺不到9.20m就可能钻到钢筋，进尺13.35m时钻头将钻破桩身开始进入桩侧土层。因此，实践中对于直径小于600mm、桩长大于15.0m的基桩采用钻芯法进行检测可操作性很低。

2 声波检测技术发展前景

直径小于600mm、桩长大于15.0m的中小直径灌注桩桩身完整性检测，不宜采用现行标准规定的声波透射法，钻芯法可操作性很低，低应变法检测结果可靠性低，不做检测又缺乏验收依据。对于此类基桩，目前尚无先进、可靠、适用、经济合理的检测技术，为此本文介绍两种可在工程实践中尝试或进一步研究实验的检测技术。

2.1 单孔折射法

交通部2004年9月发布JTG/T F81-01-2004[7]提出跨孔透射法和单孔折射法。跨孔透射法正是JGJ106-2003[3]和DBJ50/ T-136-2012[2]的声波透射法，而单孔折射法是在一个检测孔内放置垂直分布的发射、接收换能器，其间用隔声材料隔离，声波从发射换能器出发，经过耦合水进入检测孔壁四周混凝土一定深度，沿着混凝土传播一定范围后进入接收换能器周边耦合水，并传播到接收换能器上，从而获取声波沿孔壁混凝土传播过程形成各项声学参数。目前国内已有直径小于30mm的“一发双收”换能器探头，使直径小于600mm桩身中利用直径不大于40mm检测孔进行桩身完整性检测成为可能。

单孔折射法需要先进计算机信号分析技术，当耦合水与桩身混凝土之间还有其他诸如导管、声测管等不同材质时，声波传播路径更加复杂，对计算机信号分析技术要求更高，当导管为声波传导性能良好导体时，声波会大量通过导管传播到接收换能器，从而影响检测效果。因此目前国内采用单孔折射法主要应用于已经采用钻芯法形成无导管声测孔时，进一步检测钻芯法所不能检测的更大范围，作为钻芯法补充手段。本文这里提供两种思路：一是预埋-拔出-检测工艺，此法在基桩混凝土浇筑前预埋声测孔导管，混凝土浇筑后将导管拔出再用单孔折射法检测，此课题利用预应力施工的拔管成孔技术，重点在导管外表减阻、导管抗测压、导管接长等方面作实验研究，此法适宜桩长可能难以突破23m左右的某一个极限值。另一种是寻找恰当的预埋声测管材质或构造，此课题重点研制专用声测管，将声测管设计间隔一定距离的横向环状隔声空腔，两隔声空腔间的导管壁设置细小密集的透声孔，检测时发射、接收换能器分别处于隔声空腔上下，使声波只能经由混凝土形成声学参数，此法将有效增加可测桩长。

2.2 桩外孔透射法

旁孔透射波法在国内相关标准中还没有被提到，目前主要运用此法于既有建筑基桩长度检测。在桩外距离桩边尽可能近的土层中钻一个与桩身平行的土孔，埋入声测管后四周用沙土回填，静置7d以上形成桩外声测管，检测时在桩顶安装大功率平面发射换能器，接收换能器从桩外声测管缓缓放下，声波沿桩身混凝土向下传播，并通过基桩与桩外声测孔之间土体利用孔中耦合水传播给接收换能器获得声学参数。由于桩外孔透射法声波经过桩外土体使声波衰减很快，所以桩外声测管应尽可能地靠近桩边，而既有建筑基桩外侧钻孔要实现“尽可能近”会有一些障碍，所以国内外多用此法判断桩长和桩身混凝土内的断层、缩颈和夹层等质量缺陷。

使用旁孔透射法时，声波发射换能器在地表固定，而接收换能器却逐点下移远离发射换能器，接收换能器能够获得的可分析声学参数渐弱，加之桩身混凝土与桩外声测管之间的土层使声波衰减很快，使得可测桩长一般在9～10m时几近极限。本文讨论的中小直径灌注桩却有一个优势，即可在基桩混凝土浇筑之前于桩身钢筋笼外侧安装一根声测管，随基桩钢筋笼吊放一起形成桩外声测管，采用类似旁孔透射法一样的声波换能原理获取声学参数，减少土层对声能消耗，从而增加旁孔透射法可测桩长。

《重庆交通大学学报（自然科学版）》2010年第3期《旁孔透射法在打入桩无损检测中的应用》[8]介绍的案例，是旁孔透射法运用于既有建筑基桩检测适用范围的成功扩展，该法在预制混凝土打入桩对应两侧土层中各钻一孔安装声测管，分别作为发射、接收换能器检测通道，由于打入桩的垂直度较差，钻孔不能距离桩身太近，否则容易破坏桩身。对于本文讨论的直径小于600mm采用跨孔声波透射法精度不高的中小直径钻孔桩检测，具有很高的借鉴价值。因为中小直径灌注桩在基桩混凝土浇筑之前，可以在基桩钢筋笼外侧过直径线两侧安装声测管，既免除钻孔繁琐，又达到声测管尽可能靠近基桩的效果，至此，我们发现，又回到了近似跨孔透射法的情况，只不过声测管改到了钢筋笼外侧，我们可将其称为桩外跨孔透射法。

3 结语

由于不同行业、地方或协会标准编制的背景条件和侧重点不一样，这些标准之间出现一些具体规定差异也是正常的，但所依托的相关检测技术却有共性。建设科技总是在不断发展，无论是低应变法、钻芯法还是声波检测法都将在工程实践中不断得到完善，甚至出现目前未知技术代替现有方法，但即使看似飞跃性新技术的出现都会有内在的延续性。本文仅从众多检测技术中的声波检测入手，提出两种可在工程实践中进一步研究实验的检测技术，无论是单孔折射法拔管成孔或特殊声测管研发，还是桩外孔透射法声测管调整到钢筋笼增加钢筋干扰等问题，尚需大量实验研究以及配套计算机信息采集、分析技术。本文抛砖引玉地给出两种思路，更多地是希望得到业界同行指正和启示以及合作研发的机会，以达基桩检测技术延续发展之目的。

[1]重庆市土木建筑学会.DBJ50-125-2011建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].重庆：重庆出版社，2011.

[2]重庆市建筑科学研究院.DBJ50/T-136-2012建筑地基基础检测技术规范[S].重庆：重庆出版社，2012.

[3]中国建筑科学研究院.JGJ106-2003建筑基桩检测技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[4]杭州银江科技有限公司.JT/T 705-2007混凝土灌注桩用钢薄壁声测管及使用要求[S].北京：人民交通出版社，2008.

[5]陕西省建筑科学研究设计院.CECS21:2000超声法检测混凝土缺陷技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[6]西北电力设计院.DL/T 5159-2002电力工程物探技术规程[S].北京：中国电力出版社，2002.

[7]浙江省交通厅工程质量监督站.JTG/T F81-01-2004公路工程基桩动测技术规程[S].北京：人民交通出版社，2004.

[8]褚广辉.旁孔透射法在打入桩无损检测中的应用[J].重庆：重庆交通大学学报（自然科学版），2010，3：126-129.

责任编辑：孙苏

梁侧面腰伤的设置

《混凝土结构设计规范》规定，当梁的腹板高度＞450mm时，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋(不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋)的截面面积不应小于腹板截面面积的0．1%，且间距不宜大于200mm。工地上常把这种构造钢筋称为腰筋。这里所指的腹板高度，对于矩形截面来说，取有效高度；对于T形截面来说，取有效高度减去翼缘高度；对于工形截面来说，取腹板净高。

在梁的设计和施工中执行这一规定时，却发现了一个新问题：比如说，某一现浇钢筋混凝土梁板结构，梁高h= 600mm，梁宽为200mm，翼缘高度(板厚)为120mm，此时梁的有效高度h=565 mm，则腹板高度为h=565mm-120mm=445mm＜450mm，根据规范要求，梁的两个侧面可不设构造钢筋。

但是，如果把现浇板的厚度减至110mm，此时，腹板高度h”=565 mm-110 mm=455 mm＞450 mm，按规范规定，梁的两个侧面应设置腰筋。每侧腰筋的截面面积应不小于6mm2×0．1%，如果梁宽为300mm，则需配筋2Φ10。

在遵守规范的同时，不免引起人们的思考，以避免和防止上述配筋的突变和跳跃。如果参考《混凝土结构设计规范》规定，“当梁的截面高度超过700mm时，在梁的两侧沿高度每隔300～400mm，应设置一根直径不小于10mm的纵向构造钢筋”，把现行规范中的“间距不宜大于200mm”改为“当600mm≤700mm，纵向构造钢筋间距不宜大于300mm；当≥700mm时，纵向构造钢筋间距不宜大于200mm。”这样分段处理的方法，不但避免和防止了上述腰筋的设置突变和跳跃，做到梁高较小时对于腰筋的设置要求可宽松些，对于梁高较大时对于腰筋的设置要求严格些，而且这种区别对待有利于钢筋的合理使用和节约钢材。

鉴于大截面尺寸的现浇钢筋混凝土梁日益增多，而梁截面尺寸较大时，又有可能在梁侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝的情况下，规范关于设置腰筋的规定，对防止和减小梁侧面收缩裂缝的产生，具有很大的现实意义。

On Study Status of Acoustic Wave Detection Technology for Foundation Pile

Foundation and foundation engineering are important components of engineering structure and firm foundation engineering is a decisive factor to the entire engineering.So detection is a necessary tool to measure the quality of foundation construction and acoustic wave detection testing the pile integrity is the major method in pile foundation engineering detection.Based on the two newly implemented local standard regulations in Chongqing,the status and the developing direction of acoustic wave detection technology for foundation pile are discussed.

foundation pile;detection;acoustic wave transmission method;single hole refraction method;pile outer hole transmission method

TV698.1+5

A

1671-9107（2012）12-0034-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2012.12.034

2012-09-03

邓军（1970-）男，重庆人，本科，工程师，主要从事结构工程研究工作。