灌注桩超声波检测方法与质量缺陷判定技术研究

赵赛雷

(贵州省交通科学研究院有限责任公司)

0 引 言

钻孔灌注桩作为最为常见的基础形式，在公路、铁路、水利以及建筑工程施工中得到了广泛的应用。然而钻孔灌注桩工程在施工作业过程中，极易由于施工技术水平、施工作业机械设备以及施工现场作业条件等一系列因素的影响，出现各种施工质量问题。钻孔灌注桩一旦出现工程施工质量问题，不仅会造成后续施工无法继续开展，同时也会严重影响工程设施的安全性。现阶段为了控制钻孔灌注桩工程施工质量，经常使用超声波透射法进行钻孔灌注桩工程施工质量检测，由于超声波透射法能够准确的判断桩基缺陷位置，因而能够准确的评价桩基工程施工质量，在桩基施工试验检测中具有非常好的适用性。

1 超声波透射法检测桩基质量的原理及技术优势分析

超声波透射法检测桥梁桩基主要是通过在混凝土桩基内事先预埋检测管作为超声波法的检测通道，并在声测管内加入试验检测的耦合剂(主要以水作为介质)，之后将超声波检测设备的超声波发射探头与接收探头置于声测管的两侧，利用超声波检测设备所发出的超声波脉冲，试验检测超声波脉冲经过桩基的时间、超声波穿过后的波幅、超声波的主频率、超声波波形以及频谱等一系列的参数，并通过这些参数作为判断分析的依据，对混凝土桩基的施工质量以及存在缺陷的位置进行判断分析。利用透射法进行钻孔灌注桩试验检测的技术优势主要有以下几方面:

(1)试验结果准确可靠。由于采用透射法进行钻孔灌注桩的试验检测，具有检测细致的特点，而且通过加密、斜测等手段可以准确的判断出现质量问题的桩基缺陷范围，并对钻孔灌注桩施工质量进行评定。

(2)适用范围较广。透射法进行钻孔灌注桩的试验检测，不受桩长、桩径等条件的限制，适用范围相对较广，而且也不会受缺陷数量限制。

(3)利用透射法进行钻孔灌注桩的试验检测，不存在检测盲区，可以对桩顶低强区和桩底沉渣厚度进行准确的检测，而且通过测量波速等一系列的数据可估算桩身混凝土强度。

(4)试验方法简单。声波透射法检测钻孔灌注桩施工质量，设备先进、技术成熟，试验条件只要是声测管露出地面(或水面)即可进行试验检测。

2 声波透射法试验检测流程

(1)布置超声波透射声测管。在钻孔灌注桩钢筋骨架绑扎施工时，应该同时布置好声测管，对于声测管的数量，应该按照桩基直径不足0.8 m 的情况布置2 根声测管，桩基直径在0.8 ～2.0 m 布置3 根声测管，桩基直径在2.0 m 以上时布置4 根声测管的密度设置。声测管的布置方式如图1所示。

图1 声测管布置方式

(2)试验检测准备工作。在利用超声波透射法对钻孔灌注桩施工质量进行试验检测前，首先应该做好下列准备工作:首先，应该确保被检灌注桩的混凝土龄期超过两周，混凝土的强度已经基本达到设计要求;其次，声测管内应灌满清水，同时保证通畅并量测声测管的内、外径和两相邻声测管外壁间的距离，控制量测精度在±1 mm 范围内;在试验开始之前检查换能器扶正器是否完好、合适，是否能够正常工作。

(3)技术参数的修正。为了确保试验数据的准确可靠，在超声波透射法试验检测开始之前，应该对延迟时间以及声时修正值进行检测，声时修正值t'的计算公式所示

式中:D 为声测管的外径，mm;D 为声测管内径，mm;d'为换能器外径，mm;vt为声测管壁厚度方向声速，km/s;vw为水的声速，km/s。

(4)超声波透射法试验检测。首先应该对超声检测仪的各项参数进行细致的调整，使得接收信号具有较高的信噪比，同时确保超声波波幅在显示器中能够适当的显示出来。测点的间距一般需要控制在0.2 ～0.5 m 左右，对于发射以及接收换能器应该在同一标高或者是相差固定的高度进行检测，顺序一般按照从声测管的底部自下而上的顺序进行，同时在试验检测过程中应该控制测点发射与接收换能器累计相对高差不超过2 cm，重点对超声波的行声时、波幅及接收波频率等参数数据进行收集。如果试验过程中，波形不正常则应该及时通过平测、斜测、双向斜测及扇形扫测等方式进行加密测量。

3 超声波透射法缺陷判定技术

(1)超声波透射法异常点的判断。首先对于异常点的判断是基于如下的理论即正常的桩基混凝土质量波动属于偶然的误差，因此声波透射法检测的测点应该符合正态分布的特性，然而对于存在质量问题的桩基，例如由于漏振或者是漏浆等问题造成的质量缺陷，则不满足正态分布的特点，因此对于声波透射法检测数据中缺陷异常点的分析就是以临界值作为分析标准。可以通过对声波透射法检测的剖面个点的声速或者是波幅作为评价标准，按照概率方法寻找声波透射法中的缺陷点。具体判定标准如公式(2)所示

式中:VD为超声波的声速临界值，km/s;Vm为声速平均值，km/s;Sv为声速标准差，km/s;AD为波幅衰减临界值，dB;Am为波幅衰减平均值，dB;

(2)缺陷范围的判断。钻孔灌注桩的质量缺陷通常使用阴影重叠法进行判断，在统计分析数据之后，明确钻孔灌注桩的所有缺陷点，然后对常规对测点以及加密对测点中缺陷点进行叠加，其中叠加重合区域既可以初步判断为钻孔灌注桩的质量缺陷范围。

图2 声测管缺陷范围叠加判断示意图

(3)钻孔灌注桩缺陷性质的判断。在明确了钻孔灌注桩的缺陷范围之后，应该对钻孔灌注桩的缺陷性质进行初步的判断，可以参考一下标准进行钻孔灌注桩的缺陷判断:如果是声速不变、波幅衰减或者是波幅不变、声速衰减则有可能是混凝土出现离析;如果声速下降范围较小，而波幅明显的出现衰减，则表明混凝土可能存在蜂窝病害;如果波幅衰减严重，则可以通过进一步的斜测判断是否存在孔壁坍塌或泥团;如果声速与波幅都有明显下降，则可能是存在层状缺陷，如果钻孔灌注桩的底部声速低、波幅衰减严重，则有可能是存在桩底沉渣。

(4)钻孔灌注桩完整性的评价。对于钻孔灌注桩的完整性评价，可以参考表1 进行评价。

表1 超声波透射法检测抗完整性评定表

4 结 语

超声波透射法检测作为灌注桩施工质量检测重要方法，可以准确的查明钻孔灌注桩的工程施工质量问题区域，尤其是对于大桩径以及超长钻孔灌注桩，能够细致准确的评价钻孔灌注桩施工质量。

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［2］范颖.中山建华管桩公司企业文化建设案例分析［J］.广东轻工职业技术学院学报，2004，(2):36－38.