分析超声波透射法检测钻孔灌注桩技术

苏建辉

(福建第一公路工程集团有限公司,福建 泉州 362000)

1 超声波透射检测原理

利用发射源向混凝土结构中发射高频脉冲，然后用接收装置对脉冲在结构中传播的波动特征进行收集和记录。如果混凝土结构不连续或存在破损界面，则在缺陷面上会形成波阻抗，在波传播到这个界面时，将发生反射与透射，能量显著降低；如果混凝土结构中存在蜂窝等缺陷，则会发生散射与绕射，以波在传播时的能量衰减情况等为依据，能获得一定范围内被测结构声学参数。同时，对各个剖面相关特征进行测试与记录，还能确定缺陷所处具体位置、性质和大小。

2 超声波透射检测步骤

(1)对所有仪器设备的线路进行连接，并检查确定电源的供电是否正常。

(2)以钻孔灌注桩的桩径为依据选择适宜的换能器及其参数，若自动检测，则要在同一批次钻孔灌注桩检测时保证参数固定，不可随意进行更改。若手动检测，则检测时必须对参数进行更改时，应对数据进行必要的换算校正。

(3)完成以上两个步骤后，开始对声时初读数进行测量。

(4)在声测孔的孔底安装接收换能器与发射换能器，然后开始按照从下到上的方向逐点检测，若自动检测，则需要将负责升降换能器的装置安装在声测管的轴线处，确保换能器得以顺利的升降，实时显示深度变化，数据产生后采用接口电路及时输入到计算机中，每完成一个剖面的检测都要对其数据进行存盘。若手动检测，则要通过合适的方式使换能器可以在声测管中平稳升降，可以在电缆线上做好深度标记，并对波幅、深度和声时等相关数据进行记录。

3 检测条件与要求

3.1 声波发生和接收换能器

对于声波发生和接收换能器，需要达到以下各项规定：沿圆柱状径向发生振动，且在径向上没有明确指向性；外径比声测管的内径小，工作段长度不超过150 mm；将谐振的频率控制在30～60 kHz范围内；水密性要满足在1 MPa的压力条件下不会发生渗水；如果测距相对较大，则要为换能器配置前置放大器；配有扶正器。

3.2 声波检测仪

要能对接收到的信号进行实时显示与记录，并采用时程曲线的形式表达，此外还要实现频率的测量及频谱分析。声时测量的精度达到0.5 μs以上，且测量结果误差不超过5%，频带宽度处在1～200 kHz范围内，动态范围应达到100 dB以上。发射出去的脉冲应为矩形脉冲或者是阶跃式脉冲，且脉冲的电压幅值应保持在200～1 000 V范围内。

3.3 预埋管施工

预埋管的管材以黑铁管为宜，内径为5 cm，驳接方式为螺口驳接，但在驳接的过程中无需使用油漆与麻丝，直接将其拧紧即可。预埋管中不能含有任何异物。管的上下口应封堵严密，另外上端管口要比混凝土表面略高，这样能为检测过程中电缆滑轮等的安装创造便利。预埋管可以使用铁丝与钢筋笼上的竖筋相捆扎，每条预埋管之间应保持大致平行，同时都和桩底保持垂直。若桩的钢筋笼没有到底，则需要在底部通过短钢筋的绑扎来加固，为保证安全，一般不允许在桩底部进行焊接。而如果钢筋笼可以到达桩的底部，则可以在下放钢筋笼之前将预埋管安装于钢筋笼上。若在此过程中使用点焊的方式对预埋管进行固定，则要注意不可将管焊穿。对于直径在0.8 m以内的桩，应对称安装两根预埋管，而对于直径在0.8～2.0 m范围内的桩，应按照正方形设置四根预埋管。

4 质量判别依据

目前，已经在钻孔灌注桩质量缺陷判断中得到应用的参量主要包括声速、波幅、主频与波形几种。其中，声速通过对脉冲从结构中穿过所需的时间的计算获得，相关经验表明，声速变化具有较强的规律性，能反映出桩身质量状况，可将声速作为缺陷判断重要参数之一。声速异常条件下的临界判据可表示为

vi≤vc

(1)

式(1)中，vi表示测点的声速，单位：km/h；vc表示判断临界值，单位：km/h。如果式(1)成立，则说明这一测点的声速异常。

如果检测剖面上每个测点的声速结果都较小，而且离散性也很小，则应使用以下低限值判据：

vi≤vL

(2)

式(2)中，vi表示测点的声速，单位：km/h；vL表示声速低限值，单位：km/h。如果式(2)成立，则说明这一点的声速比低限值低，为异常。

波幅是衡量脉冲从结构中穿过后强度衰减程度的重要指标，如果波幅较低，则说明脉冲强度被严重衰减。幅值可根据接收波得出。衰减和混凝土结构的质量有一定相关性，这一指标对缺陷的表达比声速敏感很多。波幅异常条件下的判断依据可表示为：

(3)

Api

(4)

式(3)中，Am表示波幅的平均值，单位：dB；n表示剖面上的测点个数；Api表示测点的波幅值，单位：dB。如果式(4)成立，则可判断为这一点幅值异常。

5 完整性评价

5.1 I类桩

全桩长范围内所有剖面的测点各项声学参数都没有超出临界值，且波形比较规则，传播声速相对较高，属于完整桩。

5.2 II类桩

某个剖面上的部分测点部分声学参数轻度超出临界值，部分波形发生轻微的波动，传播声速有所降低，有缺陷的截面，其分布面积在总面积30%以内，属于基本完整的桩。

5.3 III类桩

某个剖面上多个且连续的测点或超过2个剖面部分测点的声学参数显著超出临界值，部分测点的波形存在显著的波动，传播声速降低明显，有缺陷的截面，其分布面积在总面积50%以内，属于局部不完整桩。

5.4 IV类桩

波形很不规则，超过2个剖面多个且连续测点的声学参数远超临界值，有缺陷的截面，且分布面积超过总面积50%，属于严重不完整桩。

对桩身的完整性进行判断和分类时，还要考虑很多其它因素，包括桩位地质条件、桩身施工工艺与现场施工记录等，在必要的情况下还可进行钻芯取样来加密测试，以此确定准确的缺陷范围，再以规范提出的特征和要求来综合判定。

6 结束语

综上所述，由于超声波透射法具有检测速度快、检测结果准确且直观等优势特点，所以在当前的钻孔灌注桩检测中得到了十分广泛的应用，这一检测方法还能实现现场分析与重复性检测，有着极高的应用价值。