超声波透射法在桩基完整性检测中的应用研究★

张炜熠 高志民 王繁兴

(1.山东建筑大学交通工程学院,山东 济南 250101； 2.山东省泰安市公路局工程一处，山东 泰安 271000)

·岩土工程·地基基础·

超声波透射法在桩基完整性检测中的应用研究★

张炜熠1高志民2王繁兴2

(1.山东建筑大学交通工程学院,山东 济南 250101； 2.山东省泰安市公路局工程一处，山东 泰安 271000)

在论述超声波透射法的检测原理、检测方法和现场检测技术的基础上，结合山东省某高速公路扩建工程桩基检测项目，开展了超声波透射法在混凝土钻孔灌注桩桩基完整性检测中的应用研究，研究成果可为类似工程提供借鉴。

超声波透射法，检测原理，桩基，完整性

0 引言

近年来混凝土灌注桩被广泛的应用于桥梁、搭架、重型构筑物、堤坝、高层建筑等工程建设中。如何对混凝土灌注桩进行完整性检测，一直是工程界密切关注的技术问题[1]。目前混凝土灌注桩的完整性检测方法有低应变反射波法、高应变动测法、超声波透射法等[2]。其中的超声波透射法是根据超声波透射(折射)原理，在桩身混凝土内发射并接收超声波，采集超声波在混凝土介质中传播的历时、波幅和频率等参数，通过参数变化判定桩身完整性，该方法可以在不破坏桩基结构的条件下直接在桩基上进行重复测试，且可以确定桩基混凝土是否存在缺陷以及缺陷的位置和范围。

1 超声波透射法桩基完整性检测技术

1.1超声波透射法检测原理及方法

目前对桩基进行超声波透射法检测主要采用双孔法[3]，即在成孔之后、灌注混凝土之前，在钢筋笼或孔壁上竖向平行安装3根或4根钢管作为声测管，检测前在声测管中注满清水作为耦合剂，将声波发射换能器和声波接收换能器分别放置于两根声测管中，通过超声检测仪发出一系列周期性超声脉冲信号，该信号穿过待测的桩身混凝土，由检测仪所接收。通过仪器中的测量系统可测量出超声脉冲穿过混凝土所用的时间(据此推算混凝土的声速)、首波波幅值(或衰减值)及波频谱等，将反复测量到的桩身各侧面上不同深度的这些数据进行处理和分析，即可对桩身各部位是否存在缺陷，以及缺陷大小进行综合判断，通过绘制声速、衰减值随深度变化曲线，可判断出桩身混凝土完整性类别。

1.2现场检测技术

在进行现场检测前需做好一系列准备工作，主要包括：

1)收集相关资料，如桩的类型、尺寸、标高、施工工艺、桩身混凝土参数等信息；2)被检测的桩基浇筑龄期需达到相关规范要求，通常大于两周；混凝土强度需达到设计强度的70%；3)检查声测管通畅性，以避免换能器卡住或换能器电缆被拉断，并注满清水待检。

在进行现场检测过程中，需保证各测点间距小于250 mm；且发射换能器与接收换能器同步升降；对于参数出现异常区域，需采用斜测、扇形扫测或加密测点等方法进行细测。

2 检测实例分析

山东省某高速公路扩建工程，路线总长17.387 km。路段内包含多座跨线桥，桥梁基础均为混凝土钻孔灌注桩，桩基总数为42根。该混凝土钻孔灌注桩桩径1 000 mm，桩长23 m，设计强度为C25。桩身埋设3根声测管，呈正三角形分布，分别形成1—2,1—3及2—3共3个剖面，其中1—2剖面声测管间距770 mm，1—3剖面声测管间距800 mm，2—3剖面声测管间距700 mm。为检测桩基施工质量及其完整性，采用超声波透射法对全部42根桩基进行检测，下面以其中某一根桩基的完整性检测为例分析其检测结果。

2.1检测依据

桩基检测执行JTG/T F81—01—2004公路工程基桩动测技术规程。

2.2检测方法及判定参量计算

检测方法主要有平测、斜测及扇形扫测等，常规情况下使用平测，当桩身质量出现可疑情况时，采用斜侧、扇形扫测及加密测点进行复测，本次采用的检测方法为平测，主要检测仪器为北京智博联科技有限公司生产的ZBL-U520型非金属超声波测试仪。主要的完整性判定参量如下所述：

1)声速、幅值及频率等参量的计算。

声速、幅值及频率等参量为判定混凝土质量的主要参数，其相关计算公式如式(1)所示：

(1)

其中，Xm为声速或幅值、频率测量值的平均值;Sx为声速或幅值、频率测量值的标准差;Cx为声速或幅值、频率测量值的离差系数;n为检测剖面测点数;Xi为第i测点声速或幅值、频率测量值。

2)异常临界值的计算。

a.声速临界值计算如式(2)所示，如声速测量值小于声速临界值，则为可疑缺陷区。

V0=Vm-2Sx

(2)

其中，V0为声速临界值;Vm为声速测量值的平均值;Sx为声速测量值的标准差。

b.幅值临界值计算如式(3)所示。当实测值小于临界值时，检测区域为可疑缺陷区。

A0=Am-6

(3)

其中，A0为幅值临界值;Am为幅值测量值的平均值。

c.PSD值计算如式(4)所示。波形也是评判桩身混凝土质量的重要参数之一，PSD值(Product of Slope and Difference，声时—深度曲线相邻两点之间的斜率与差值之积)是评价波形的主要依据。PSD值变化明显时，该测点即为可疑缺陷区[4]。

(4)

其中，ti为第i点的测点声时值;ti-1为与第i点相邻点的测点声时值;zi为第i点的测点深度;zi-1为与第i点相邻点的测点深度。

上述判据为检测中最为快捷的判别方式，在判定实际工程检测结果的过程中，应综合波速、幅值、PSD值等多种参数，并结合现场地质状况、施工情况等多种因素，对桩身缺陷类别、位置、程度进行分析判别。

表1 桩身完整性判定表

2.3桩身完整性判定标准

对桩身完整性进行判定，判定标准如表1所示。

2.4检测结果及分析

该桩基三个剖面的超声波透射法检测结果如图1,表2所示。

表2 桩基3个剖面的声学参数

由图1和表2可以看出，该桩各检测剖面的声速、幅值均匀，无异常点出现，各点数值均大于临界值。三个剖面的测点声速平均值分别为4.604 km/s,4.703 km/s和4.356 km/s，都处于混凝土声速正常取值范围内[6]。各点的PSD数值无明显突变，波形正常。根据JTG/T F81—01—2004公路工程基桩动测技术规程及表1判定：该桩不存在缺陷，桩身结构承载力正常，桩身完整性等级为Ⅰ类，可正常使用。

3 结语

桩基完整性检测在桩基工程中具有十分重要的意义，运用适当的检测方法可以获得准确的数据，进而完成对桩基完整性的判定。

相对而言，目前超声波透射法具有较高的灵敏度，检测结果也较为准确，因此本文在论述超声波透射法的检测原理、检测方法和现场检测技术的基础上，结合具体工程开展了超声波透射法在混凝土钻孔灌注桩桩基完整性检测中的应用研究，研究成果可为类似工程提供借鉴。

[1] 肖春喜.超声波透射法在检测大直径灌注桩完整性中的应用[J].岩土力学,2003,24(sup):169-171.

[2] JTG/T F81—01—2004,公路工程基桩动测技术规程[S].

[3] 贲能慧,许 朴,曹勇毅.超声波透射法在检测超大直径超长桩完整性中的应用[J].工程质量,2015,33(1):41-43.

[4] 杨晓强.某桥梁工程基桩超声波透射法检测研究[J].山西建筑,2011,37(32):165-166.

[5] 杨永亮.超声波透射法在桩基完整性检测中的应用[D].武汉:武汉理工大学,2012.

[6] 马 溁.超声波透射法在桥梁桩基完整性检测中的应用[J].公路与汽运,2011(6):173-178.

Applicationresearchofultrasonictransmissionmethodinpileintegritydetection★

ZhangWeiyi1GaoZhimin2WangFanxing2

(1.CollegeofTrafficEngineering,ShandongJianzhuUniversity,Jinan250101,China；2.No.1EngineeringDepartment,Tai’anCityHighwayBureau,Tai’an271000,China)

Discussing the detection principle, detection method and field detection technology of ultrasonic transmission method. Combined with the project of pile foundation inspection of a highway expansion project in Shandong province, carry out the research of the application of ultrasonic transmission method in the integrity test of bored pile foundation of concrete. The research results can provide reference for the similar projects.

ultrasonic transmission method, detection principle, pile, integrity

U446.1

A

1009-6825(2017)27-0059-02

2017-07-12★：山东省交通科技计划项目(项目编号：2016B08)

张炜熠(1992- )，男，在读硕士； 高志民(1974- )，男，高级工程师； 王繁兴(1963- )，男，高级工程师