浅谈用声波透射法检测桩基的注意事项

浅谈声波透射法检测桩基的注意事项

杨江勇（贵州省交通科学研究院股份有限公司 [1**********]）

摘要 通过本人多年的实际检测桩基经验，结合规范要求，浅谈一下在用声波透射法检测桩基完整性和密实性的时候应该注意到的问题，供大家在检测时候的探讨与学习。 关键词 声波透射法；桩身龄期；声幅；声速。

在声波透射法检测中，声测管是连接发射换能器和接收换能器的一个通道，声测管的参数和埋设都对我们计算混凝土的声速有着很大的影响。但在实际工程检测中，时常因为声测管埋设错误或者本身故障，导致检测数据不够准确的反映桩身混凝土的质量，致使正常的检测工作时间延长或者无法进行正常检测。声测管最为常见的故障有声测管堵塞、换能器被卡住、声测管漏水或过度倾斜等。

一、声测管的埋设与要求

声测管是在用声波透射法进行检测的情况下径向换能器的通道，声测管埋设数量和埋设位置对检测精度有决定性作用。声测管的埋设应符合：

1、声测管应具有一定的强度、韧性及刚度，其内径不应小于40cm，接头不宜采用塑料或者封口胶带缠绕连接，宜采用螺纹连接，声测管应焊接或绑扎在钢筋笼内侧，声测管应平行于钢筋笼。

2、管的顶部应高出桩基顶部至少30cm以上；

3、当桩径不大于1.5m时，应埋设三根管，当桩径大于1.5m时，应埋设四根管；

4、在采用声波透射法对桩基进行完整性检测时，声测管通过两两组合的方式形成检测剖面，在检测时必须用桩基顶面的两声测管间内径之间的距离作为检测剖面的测距，在测量时卷尺一定要紧贴桩基顶面，避免声测管露出桩顶部分倾斜带来检测剖面距离的不准确，给检测与分析结果带来不利影响。在检测时应确保声测管在连接时应保持管内畅通，从而确保换能器实现自由提升，并确保检测能够进行的顺利。声测管还应满足进行混凝土的浇筑时不能被混凝土压破进水泥浆或者进行检测时出现漏水的情况。因为在晋宁混凝土浇筑时，混凝土会对声测管产生压力，所以声测管还必须具有一定的刚度。结合多年的检测经验分析得出不少工地之所以存在着声测管不通顺，就是因为进行混凝土浇筑的情况下声测管被挤扁或者漏浆把声测管堵死造成的。

二、龄期要求

现行《公路工程基桩动测技术规程JTG.TF81-01-2004》对龄期的要求是应大于14天。

但从工程建设的实际情况出发，比如工期紧张或者其他的特殊原因，导致需要提前检测桩基完整性。如在施工进程中发现存在着异常情况的桩，就可以提前检测看桩基的完整性是否满足要求，如果存在夹泥、断桩等情况，就可以提前处理，还有一些因为施工工期较为紧张，在保证工程质量的情况下，需要将检测时间提前，特别是在夏天或者高温地区，混凝土强度上升较快，实践中最短的时间是三天左右。从检测的要求来看，远远没有达到要求。所以我们对于没有达到《规程》所规定的龄期进行检测的桩，如果在检测过程中发现桩身存在异常情况时，在达到规定的龄期后应进行复测，并应对比两次的检测数据，从而得出一个更加客观公正的评价。一般情况下，提前检测对控制工程质量并无多大影响，原因如下：

1、声波透射法中声波对混凝土所产生的作用力较小，对桩基本身结构没有影响，在混凝土龄期前检测不会导致混凝土结构被破坏；

2、运用声波透射法对桩身完整性进行检测时，通过相对比较法对声学参数进行判别，混凝土强度在不同的阶段存在着相关性，但由于桩本身原因而引起的变化并无多大变化，缺陷位置可以得到一个大概的结论。

三、检测判定

声时修正值可按下式计算：

t'=

D-dd-d'+vtvw （2.2-1）

μs，式中： t'—声测管修正值（）（t为声波在混凝土中的传播时间，简称声时）；

D—声测管外径（mm）；

d—声测管内径（mm）；

d'—换能器外径（mm）；

vt—声测管壁厚度方向声速值（s）；

vw—水的声速值（kms）。

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。

υi

式中υi——第i个测点声速值(kin/s)；

υD——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倍声速标准差之差，即：

式中——正常混凝土声速平均值(km/s)；

σv——正常混凝土声速标准差；

υi——第i个测点声速值(km/s)；

n——测点数。

当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据。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。

υi

式中 υi——第i个测点声速值(km/s)；

υL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。

AD=Am

-6

式中AD——波幅临界值(dB)；

Am——波幅平均值(dB)；

Ai——第i个测点相对波幅值(dB)；

n——测点数。

3、PSD判据

采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。

式中ti——第i个测点声时值(μs)；

ti-1——第i-1个测点声时值（μs）；

zi——第i个测点深度(m)；

zi-1——第i-1个测点深度(m)。

基桩检测的相关规范中，根据桩身是否存在缺陷及存在缺陷的严重程度，将桩的完整性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四个类别；并依据各检测剖面的声学参数异常点的分布情况及异常点的偏离程度，决定被测桩的完整性类别。但由于混凝土是集结型的复合材料，多相复合体系，分布复杂界面（骨料、气泡、各种缺陷），加上灌注桩的混凝土需要自密实、地质条件以及成桩工艺复杂等情况，因此其检测的声学参数数据波动较大，在实际测试的过程中完全不出现异常测点的可能性较小，因此不能机械地理解并执行规范中桩身完整性的判定标准，否则工程上很难有Ⅰ类桩，也不符合桩的完整性分类的定义。因此上述理论异常点只是可能的缺陷点，应根据异常点的实测声速,波幅, 波形与正常混凝土的偏离程度和畸变程度和异常点的波形与正常混凝土的波形相比的畸变程度综合判定。

4、声学参数与缺陷性质的关系

混凝土内部存在缺陷必然会引起声学参数的变化或波形畸变，但目前并未建立声学参数的与缺陷性质之间的一一对应关系，只能是定性描述，很难做到定量分析，以下是在实际检测工作中的一点体会，供大家参考：

(1)对于因混凝土离析造成的骨料堆积、浆液少的缺陷，由于骨料声速高于砂浆，因此该缺陷处的声速基本不会比正常混凝土低可能还要偏高，但声波经过的界面明显增多，导致幅度下降。相反对于骨料少而砂浆多的低强区，其波速偏低，但幅度基本不变甚至偏高；

(2)对于因坍塌形成的缩径、夹泥（砂）缺陷，导致该处的声速、幅度较正常混凝土均有明显的下降，因缺陷介质的声速低于混凝土、衰减系数高于混凝土，可通过斜测或扇测确定缺陷的径向尺寸范围及位置，确定其缩径、夹泥（砂）的位置及范围；

(3)在桩底一定范围内的波速和幅度的明显下降表明桩底存在一定厚度的沉渣，这是在清孔不彻底或者桩孔周围的岩石垮塌，从而使桩底不全是混凝土而造成的。

四、 检测过程中常见问题的判断和处理

1、检测时接收不到信号

最常见的原因有2种：一是声测管内无清水作为耦合介质；二是检测设备系统故障。首先应检查是声测管内是否灌满清水，而且清水是否淹没换能器；在肉眼无法观测到测试管内是否有水时，也可在采样状态下，迅速往声测管注水，直至出现信号，否则，将换能器提出声测管，两换能器十字交叉且必须靠紧，非金属超声波检测仪采样，观察是否有接收波形，如有接受波形，则证明是声测管无水导致，检测设备系统正常；如无接受波形，则需换上另一对好的换能器，将两换能器靠紧且在空气中十字交叉，观察是否有波形，如有接收波形，说明设备系统正常，如无波形，则设备系统损坏，需要送修。假如是径向换能器故障，则需要一台好的设备，采样发射，发射换能器会出现蜂鸣声，如仪器接收不到信号，则接收换能器故障，如发射换能器不出现蜂鸣声，则发射换能器故障，同理可以检查仪器的发射端和接收端接口的好坏。

2、径向换能器老化

径向换能器有使用寿命。在经过频繁使用的换能器，蜂鸣声响会明显下降，频率会明显降低。如在检测过程中发现类似情况，则说明发射换能器可能已经老化。可换上新的两个换能器重新测试被测物体，比较两次数据，老化的那次数据声幅会明显的比第二次偏低，所以在使用过程中要特别注意换能器是否老化，这会对测试结果产生影响，放大缺陷。

3、声速至桩头开始缓慢变化，在一定长度内变化至不正常范围，且持续到桩底

一批量桩基在换能器刚入水时（桩头位置），声速声幅都正常，在换能器向下的过程中，明显感觉声速声幅缓慢下降，且在一定位置后停止下降，直到桩底。这是由于某些桩基在设计过程中，墩柱的直径要小于桩基直径，导致在施工时桩基顶部一定范围内钢筋笼开始收缩，声测管是固定在钢筋内壁，这也导致声测管开始向内收缩，两声测管之间的距离发生变化而导致声速下降，声幅则正常，声速变化到钢筋笼刚开始收缩的位置后，声速会一直以一个明显低于桩顶声速的值直到桩底，而声幅在此过程无多大变化。这种情况很容易让人误判，在检测过程中，要注意和施工图纸紧密结合，相互印证。

4、桩顶声速声幅明显降低

在桩顶的时候，声速和声幅缓慢或者明显下降，混凝土顶部骨料明显减少，这说明该范围内浮浆过多、强度较低，因灌注桩浇筑工艺会导致在浇筑过程中上部骨料较少、浮浆及气泡较多，若浇筑到桩头部位时上述浮浆未排除会造成波速、幅度及强度降低。所以在检测过程中，要求施工单位一定要破完桩头后才开始检测是很有必要的。

五、结束语

,随着社会的不断发展进步，我们国家的交通事业也蓬勃发展。大部分公路工程都要求对灌注桩进行声波透射法检测完整性和密实性。由于超声波检测具有很多其他检测无法比拟的优点, 超声波检测也越来越被大多数人接受。我们在检测的过程中，积累了一部分实战的经验，特在此拿出来和大家共同探讨、交流、学习。由于超声波在混凝土中的传播具有很复杂的传播方式，在检测过程中应特别注意从多个方面互相印证，更加准确的评定桩基的类别，减少误判的发生。

参考文献

[1]建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003）.北京:中国建筑工业出版社.2003.

[2]公路工程基桩动测技术规范（JTG/TF81-01-2004）.北京:人民交通出版社.2004.

作者单位（贵州省交通科学研究院有限责任公司）