浅析钻孔灌注桩的超声波透射法检测

【摘 要】钻孔灌注桩施工过程容易产生夹泥、缩颈、空洞、断桩等缺陷，采用超声波投射法能有效对桩基础工程质量进行检测，并体现出细致性、准确性、可靠性、覆盖广、受限制条件少等特点。本文对钻孔灌注桩的超声波透射法检测进行了浅显的探析。

【关键词】钻孔灌注桩；超声波透射法；检测

0.引言

钻孔灌注桩可以在任何地基上使用，无论是硬土地基还是软土地基，而且还可以建造直径大的成桩。但是在施工过程中，因为钻孔灌注桩的工序复杂，且需要高技术，容易受到多种因素影响而容易产生夹泥、缩颈、空洞、断桩等缺陷，采用超声波投射法能有效对桩基础工程质量进行检测，并体现出细致性、准确性、可靠性、覆盖广、受限制条件少等特点。本文对钻孔灌注桩的超声波透射法检测进行了浅显的探析。

1.超声波透射法检测钻孔灌注的基本原理

由于各种大型的钻孔浇筑施工的出现，声波透射检测法越来越多的运用于桩基的施工检测当中。由于技术的进步，数字化的声波仪在成本上大大降低，完全取代的传统的声波仪器，在使用质量和使用效果上有了巨大的飞跃和进步。由于技术的进步，其判断的误差越来越小，判断标准包括声失、声幅和声频，体现出广阔的应用前景[2]。钻孔灌注桩桩身多是有不同种材料组合而成，在力学特性上体现出粘-弹-塑性的凝聚体特点，从而使钻孔灌注桩的混凝土内有较大的声阻抗差异并存在许多声学界面。超声脉冲波在混凝土中传播速度快与慢取决于混凝土的密实度，混凝土密实度低则声速低，密实度高则声速高。此外，由于混凝土的声阻抗率显著高于空气声阻抗率，但超声遇到蜂窝、空洞等缺陷时，其频率较高的成分衰减更快，接收信号的波幅显著降低，进而使频率降低。再加上缺陷反射的脉冲波信号与直达波信号叠加而使接收信号的波形出现变形。因此利用超声脉冲波在混凝土传播时的声学参数和波形变化，能对钻孔灌注桩中混凝土缺陷位置和范围进行准确判断，并对其缺陷尺寸进行计算。

2.超声波透射法的方法和步骤

在对钻孔灌注桩缺陷进行检测的过程中多采用的超声波透射法的现场检测技术。首先，埋设声测管。声测管使超声波透射法测钻孔灌注桩时径向换能器的通道，声测管埋设数量与检测的剖面数呈正相关。一般来说，声测管埋设数量又是桩径大小决定的，但桩径在800mm以下，则埋设2根；当桩径在800mm至2000mm之间，则埋设至少3根声测管；当桩径大于2000mm，则至少埋设4根声测管。预埋声测管布置图，如图1所示，该工程在施工前已预埋了三根内径为50mm、外径53mm的声测管，作为换能器的通道。测试时两根声测管为一组，通过清水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器中发射出去，在另一根声测管中的换能器接收信号，声波检测仪采集接收到的信号，并进行记录与储存。换能器由桩底同时往上依次检测（每次移动步长为200mm），遍及各个截面。最后由计算机对接收信号进行分析，计算有关参数，并打印测试结果（如图2所示）。

在声测管材质的选择上也尤为重要，要对其强度和刚度进行有效控制，确保声测管在混凝土灌注桩中不会出现损坏，在实际测量中多采用钢制波纹管。在施工过程中，将声测管预先固定在钢筋笼内，用点焊方法将其固定在架立筋内侧，在声测管安装过程中，要保证其平行性，从而避免声测管堵塞。由于声测管的安装与埋设质量与检测工作的开展以及检测质量有着密切联系，因此要予以足够的重视[4]。

现场检测的具体步骤如下：首先，要将所有仪器设备连接，并检查各设备的供电情况，之后根据桩径大小选择适当的换能器和仪器参数，在对钻孔灌注桩进行检测的过程中，避免对仪器参数的更改，如若必须对仪器参数进行更改，这需要对相应的数据进行换算校正。其次，测量整个检测系统的声时初读数。再次，检测时从底部逐点向上检测，并产生的相应深度、声时、波幅等数据进行详细记录。在此过程需要注意的是，两个换能器必须以同一高度进行同步移动，每个测量的两个换能器高度差应控制在20mm以内，测点之间的距离应控制在250mm左右。对于可疑部位要进行复测或加密监测，从而准确地判定钻孔灌注桩混凝土缺陷位置和分布范围。

3.桩身混凝土缺陷的判断方法及桩身完整性评价

在桩身混凝土缺陷的判断中，取得超声波透射法测桩的声学参数尤为必要，也是对桩身混凝土缺陷判断的关键。通过超声参数对桩身混凝土缺陷的判断中，主要有概算法和斜率法。首先，概算法是通过对同一根桩进行不同剖面的声速、波幅、主频值进行计算，当某测点有一个或多个声学参数被判为异常值，则该测点为存在缺陷的可疑点。其次，斜率法，主要用声时t与深度曲线h相邻测点的斜率k和相邻两点声时差值的乘积Z，绘制出关于Z和深度h的曲线，以曲线的突变位置为着眼点，并结合波幅的变化来对存在缺陷的可疑点或可疑区域进行判断。在对钻孔桩桩身完整性进行评价的过程中，可将相关对桩内缺陷特征的描述与非超声波检测仪检测的一些典型曲线结合起来，进而实现对钻孔桩桩身完整性评估[5]。如果桩身各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常，则为I类桩，否则可根据不同情况的声学参数判断基桩类别。

4.结语

超声波透射法检测钻孔桩的技术主要通过利用非金属超声波检测仪与柱状径向振动换能器作为检测系统，借助预埋的声测管对钻孔灌注桩进行全面、细致的检测，在对钻孔灌注桩桩身完整性检测中体现出了较强的直观性和可靠性，其应用前景也随着技术的进步而不断扩广。 [科]

【参考文献】

[1]钟会生，郭大兵，阎光辉，毕旭冰，邢国英.钻孔灌注桩超声波检测方法与缺陷判断[J].河南交通科技，2010（06）：162-163.

[2]Th.Voigt，Ch.U.Grosse，Z.Sun，S.P.Shah，H.-W.Reinhardt.Comparison of ultrasonic wave transmission and reflection measurements with P-and S-waves on early age mortar and concrete[J].Materials and Structures，2012（08）：115-116.

[3]高玉英，乔华.超声波透射法检测钻孔灌注桩技术[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2010（02）：233-234.

[4]孙光乾，吴迪.超声波透射法在混凝土灌注桩检测中的应用[J].科技情报开发与经济，2012（10）：223-224.

[5]赵少伟，郭蓉，阎西康等.超声脉冲平测法在混凝土工程检测中的应用[J].河北工业大学学报，2012（02）：103-104.