２０１４年第３期 西南公路ＸＩＮＡＮＧＯＮＧＬＵ 超声波透射法在基桩完整性检测中的应用 方 锐 （四川金通工程试验检测有限公司 四川成都 ６１００４１） 【摘要】结合四川省某高速公路工程实例，介绍超声波透射法测试方法、原理，对桩基完整性的分析 与判定，阐述了超声波透射法检测桩基的基本问题。 【关键词】超声波透射法；基桩检测；工程应用；声测管 【中图分类号】Ｐ６３１．５ 【文献标识码】Ａ １．２ 高应变法 ０ 概述 随着我国经济迅速发展的同时，国家的基础建 检测桩身缺陷及其位置，确定桩身完整性系数 及类别，对低应变检测后难以定性的桩进行复测。 １．３ 超声波透射法 设也迅速发展。如高速公路、铁路等基础工程，高 层建筑、码头港口等工程几乎都大量采用桩基础， 桩基础已经成为桥梁工程最为常用的基础形式。由 于其成桩质量受地质条件、成桩工艺、机械设备、 检测混凝土灌注桩的桩身缺陷及其位置，判定 桩身完整性。 １．４钻芯法 施工人员、管理水平等多重因素的影响，在施工过 程中很容易出现质量问题，如夹泥、断桩、缩径、 检测混凝土灌注桩的桩身缺陷性质及其位置， 检测桩身混凝土强度、桩长、桩底沉渣厚度，别桩 底岩土Ｉ生状。 目前四川省内对建筑工程的基桩检测主要采用 低应变和高应变结合的方法，桥梁工程的基桩完整 性检测主要采用超声波透射法。在判定有难度或者 存在争议的情况下，一般采用钻芯法验证检测结 果。本文主要讲述超声波透射法在基桩完整性检测 中的应用。 扩径、离析、桩底沉渣以及桩顶密实度较差、混凝 土强度偏低等质量缺陷，危及主体结构的正常使用 与安全，甚至引发工程质量事故。因此如何测定缺 陷的位置、范围、严重程度，并且准确的对其进行 评价成为基桩质量检测的一个重要问题。 当前对桩基础工程质量的试验检测主要包括在 设计施工之前的地基础勘察试验，以保证设计资料 能够达到安全要求，以及施工过程中和施工后对桩 基础的桩身完整性检测和桩身承载力检测。 ２超声波透射法检测原理、方法、 判定 ２．１ 超声波透射法检测原理 ｌ 基桩完整性检测的基本方法 目前我国常用的基桩完整性检测方法有以下几 种…： １．１低应变应力波反射法 混凝土是一种集结型的复合材料，其内部存在 着广泛分布的复杂界面。当混凝土的组成材料、工 艺条件、内部质量及测试距离一定时，其声波传播 速度、首波幅度和接收信号主频等声学参数一般符 检测混凝土灌注桩的桩身缺陷及其位置，判断 桩身完整性类别。 【收稿日期】２０１４—０５—１３ 【作者简介】方锐（１９８６一），男，四川成都人，大学本科，助理工程师，主要从事公路路基路面检测、桥梁基桩完整性检 测等工作。 西南公路 合统计正态分布。如果某部分混凝土存在空洞、不 密实或裂缝等缺陷，便破坏了混凝土的整体性，与 无缺陷混凝土相比，声时值会偏大，波幅和频率值 会降低。 超声波透射法检测适用于灌注成型过程中已经 预埋声测管的混凝土灌注桩完整性检测。在基桩施 工前，依桩径大小（小等于１．５ｍ埋设３根，大于 １．５ｍ埋设４根）预埋一定数量的声测管（一般采用 钢管或镀锌管，底端封闭、顶端加盖），作为换能 器的通道。声测管布置及检测剖面编组示意图见图１。 图１ 声测管布置及检测剖面编组示意图 ２．１．１ 现场检测前准备工作 （１）采用标定法确定仪器系统延迟时间。 （２）计算声测管及耦合水层声时修正值。 （３）在桩顶测量相应声测管外壁间净距离。 （４）将各声测管内注满清水，检查声测管畅 通情况；换能器应能在全程范围内升降Ｊ顷畅。 ２．１．２现场检测步骤 （１）将发射与接收声波换能器通过深度标志 分别置于两根声测管中测点处。 （２）发射与接收声波换能器应以相同标高 （如图２ａ）或保持固定高差同步升降（如图２６）， 测点间距不宜大于２５０ｍｍ，注意保持两换能器相对 累计高差小于２０ｍｍ。 （３）实时显示和记录接收信号的时程曲线， 读取声时、首波峰值和周期值，宜同时显示频谱曲 线及主频值。 （４）将多跟声测管以两根为一个检测剖面进 行全组合，分别对所有检测剖面完成检测。 （５）在桩身质量可疑的测点周围，应采用加 密测点，或采用斜测（如图２６）、扇形扫测（如图 ２ｃ）进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和范围。 （６）在同一根桩的各检测剖面的检测过程 中，声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。 图２ 平测、斜侧和扇形扫测示意图 ２．２ 检测数据的处理与判定 检测按《公路工程基桩动测技术规程》 （ＪＴＧ／ＴＦ８１—０ｌ—２０ｏ４）中有关超声波法规定进行： ２．２．１ 声时、声速和声速平均值应按下列公式计 算，并绘制声速一深度曲线、波幅一深度曲线。 ｔ＝ｔ—ｔ—ｔ ＝喜 ｖ．： 式中ｆ一声时值（ＵＳ）； 一超声波第ｉＮ点声时值 （ＵＳ）； 一声波检测系统延迟时间（ＵＳ）； 一 声时修正值（ｕｓ）；Ｖｉ一第ｆ个测点声速值（ｋｍ／ｓ）； 卜一两根检测管外壁间的距离（ｍｎ１）； 一混凝土 声速平均值（ｋｍｆｓ）； 一测点数。 ２．２．２ 桩身混凝土缺陷应根据下列方法综合判定 （１）声速判据 当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其 作为可疑缺陷区。 ＜ 式中 一第 个测点声速值（ｋｍ／ｓ）； 一声速 临界值（ｋｍ／ｓ）。 声速临界值采用正常混凝土声速平均值与２倍 声度标准差之差，即： 一 ＾ １，一２０＂ｖ ： 鲁 Ｏ＂ｖ 式中 一正常混凝土声速平均值（ｋｍ／ｓ）；（）＿ 一正 方锐：超声波透射法在基桩完整性检测中的应用 常混凝土声速标准差； 一第ｉ个测点声速值 （ｋｍ／ｓ）； 一测点数。 当检测剖面，ｚ个测点的声速值普遍偏低且离散 性很小时，宜采用声速低限判据。即实测混凝土声 速值低于声速低限值时，可直接判定为异常。 ＜ 式中 一第ｆ个测点声速值（ｋｍ／ｓ）；一声速低 限值（ｋｍ／ｓ）。 声速低限值应由预留同条件混凝土试件的抗压强 度与声速对比试验结果，结合本地区实际经验确定。 （２）波幅判据 用波幅平均值减６ｄＢ作为波幅临界值，当实测 波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。 ＝ 一６ ＝喜鲁 式中 一波幅临界值（ｄＢ）；Ａ 一波幅平均 值（ｄＢ）；Ａ 一第ｆ个测点相对波幅值（ｄＢ）； ｎ—测点数。 （３）ＰＳＤ￣Ｉ］据 采用斜率法作为辅导异常判据，当ＰＳＤ值在某 测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。 脚： 二 ＝！ Ｚｉ—Ｚｉ一１ 式中 一第ｉ个测点声时值（ｇｓ）； 一 一第ｉ－１ 个测点声时值（ｇｓ）；Ｚ—第ｆ个测点深度（ ）； 一一 第ｉ－１个测点深度（ｍ）。 ２．３ 基桩类型的分类与判定 对于混凝土声速和波幅值出现异常并判为可疑 缺陷区的部位，应按《公路工程基桩动测技术规 程》（ＪＴＧ／ＴＦ８１．０１．２００４）６．３．３条第３款的要求， 确定桩身混凝土缺陷的位置及影响程度。 Ｉ类桩：各声测剖面每个测点的声速、波幅均 大于临界值，波形正常。桩身完整，可正常使 用。 Ⅱ类桩：某一声测剖面个别测点的声速、波幅 略小于临界值，但波形基本正常。桩身基本完整， 有轻度缺陷，不影响正常使用。 Ⅲ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深 度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，ＰＳＤ值变 大，波形畸变。桩身有明显缺陷，对桩身结构承载 力有影响。 Ⅳ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深 度桩截面处的声速、波幅值明显小于临界值， ＰＳＤ值突变，波形严重畸变。桩身有严重缺陷，对 桩身结构承载力有严重影响。 ３ 工程实例 四川省某高速公路在建项目，２０１３年１２月开工 建设，总投资１５９．３２亿元，全长１８３．５６ｋｍ。因该高 速公路途经地段多为山区，所以桥梁和隧道众多， 全线设计时速１２０ｋｍ／ｈ，路基宽度２４．５ｍ的双向四车 道标准高速公路建设。 四川省某高速公路某大桥其中１４．０基桩与６５— ０基桩为２根具有代表意义基桩。其混凝土设计强度 Ｃ３０，桩径１５００ｍｍ，桩长分别为１５ｍ和１５．５ｍ，布 置三根声测管（正三角形）。分别在浇筑后２１ｄ与 ３０ｄ，采用中科院武汉岩土力学研究所和武汉中科智 创岩土技术有限公司联合研制的ＲＳＭ．ｓＹ７（Ｆ）型 基桩多跨孑Ｌ超声波自动循环检测仪。使用３个换能 器对３个侧面进行水平检测，两测点之间的步距设 置为２５０ｍｍ，从基桩底部到桩顶逐点检测。 根据基桩１４—０实测结果分析，从声测波列图 （图３）可以看出影像图均匀完整，没有明显缺陷 位置出现；从声测曲线图（图４）可以看出各个侧 面声速，波幅均大于临界值，且该基桩所有测面波 速均大于４０００ｍ／ｓ，混凝土强度较好，ＦＳＤ值也没 有发生突变，故可判定基桩桩身完整，质量等级为 Ｉ类桩。 对基桩６５．０实测结果进行分析，根据声测波列 图（图５）不难发现距桩顶２．６ｍ～３．５ｍ处连续多个测 点出现波速、波幅严重降低，波形严重畸形。这种 情况下对该桩进行加密检测，进一步确定缺陷类型 和位置。加密检测设置步距为１００ｍｍ。根据声测曲 线图（图６）可以看出各个侧面距桩顶２．６ｍ～３．５ｍ声 速，波幅均远小于临界值，且波速突然急速降低至 ３８００ｍ／ｓ以下，ＦＳＤ值突变，异常增大，故可判定该 基桩为断桩，质量等级为Ⅳ类桩。 ７７ 西南公路 圣 Ｉ－…－… …ｌ・… 薰善…－ ＿ ｌＩ … 一Ｉｔ．－¨…’ １Ｊｏ （ ＼、 ．） 羹 …Ｉ③Ｉ薰塞… ｒ 在实测中常遇到声测管堵塞或卡住探头的情 况，这是由声测管安装不当造成的。声测管一般随 钢筋笼分段安装，每段之间的接头可采朋反螺纹套 筒接口或套管焊接，保证在较高的静水压力下不漏 浆，接口内壁保持平整，安装完后封闭管口。声测 管安装不平行也是常见问题，南丁在施 Ｉ｛１钢筋笼 容易出现扭曲变形而导致声测管位移甚大，冈 导 致检测的声时值、均方差、离散系数、平均卢速等 产生偏离，可采用ＰＳＤ法判断来消除这些非缺陷 １ ． …… ， ｎ一 素的影响。声测管中的浑浊水将明显甚至严重加大 声波衰减和延长传播时间，给声波检测带来误差。闪 此，检测前应冲洗检测管并灌满清水作为耦合剂。 （２）混凝土龄期对桩完整性检测有影响。 当基桩混凝土龄期较短不足１４ｄ时，检测发现 Ｉ Ｈ螂Ｉ ＩＩ Ｉ；ｉｌ ｝莘闰司冀Ｉ荨苒 ；ｉＩ攀 黧 ■Ｉ ｉ Ｉ Ｉｉｔ ｉ ｉ ｉ图３ 基桩１４－０声测波列图 图４ 基桩ｉ４－０声测曲线图 基桩桩顶信号微弱，波形衰减严重，全部测点普遍 Ｉ Ｉ Ｉ ｌ 、 ｒ 存在这种情况。１４ｄ之后再次检测，信号及波形良 好，判定为完整无缺陷桩。町见混凝土龄期对声测 结果影响大，建｝义检测时间不低于１４ｄ龄期。 超声波法在实际Ｔ作中有待探讨和改进的地方： （１）应用声速推定桩身砼强度的争论也广‘泛 存在，各种方法也在尝试之中。 （２）进一步发展运用声测管或钻芯孔处理桩 身缺陷的技术，提高补强加同处理桩身缺陷的叮靠 性，使基桩的超声波法检测更为经济町靠。 图５ 基桩６５—０声测波列图 图６ 基桩６５—０声测曲线图 ５ 结语 ４ 超声波透射法实际应用体会 （１）合理布置和正确埋置声测管是取得可靠 数据的荚键。 声测管是进行超声波透射法检测时换能器进入 桩身的通道。它是灌注桩超声脉冲检测系统的重要 组成部分，其在桩内的预埋方式及在桩横截面上的 目前，超声波透射法在基桩完整性检测中得到 普遍应用，其检测方法与准确性较其他检测方法更 为简便与精确。另外，超声波透射法应用在声速推 定桩身混凝土强度也具有一定可行性，但结果还有 待验证。进一步发展运用超声波技术，对混凝土的 检测具有重要意义，使其检测过程简单化，检测结 果准确化，检测费用经济化。是其今后发展方向。 参考文献 …朱光裕水运１ 程试验检测人员考试用书结构（第 版１ｌＭ１．北京：人民交 通 版社，２０ｌ２ ４ 布置形式将直接影响检测结果。因此，应将声测管 的布置和埋置方式标入检测桩的设计图纸，声测管 的埋置数量及在桩横截面上的布局应考虑检测的控 制面积。
