声波透射法对桩身结构完整性的检测技术探讨

怒　２０１　６年第３４卷第６期　声波透射法对桩身结构完整性的　检测技术探讨　林丽玲　（汕头市工程质量检验测试中心，广东汕头５１５０４４）　【摘要】通过分析声波在混凝土中的传播特点，结合混凝土中缺陷的特征，讨论了声波透射法检测基桩完整性的原理、　方法，以及在检测实践中如何准确地评价基桩质量等。　【关键词】声波透射法；检测；桩身结构完整性；桩身缺陷　【中图分类号】ＴＵ７５３．３　【文献标志码】Ａ　【文章编号】１６７１－３７０２（２０１６）０６—００７７—０４　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｅｘｐｌｏｒｅ　ｏｆ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｏｆ　Ｔｅｓｔ　Ｐｉｌｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ＬＩＮ　Ｌｉｌｉｎｇ　（Ｓｈａｎｔｏｕ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈａｎｔｏｕ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　５１５０４４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｗａｖｅ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｈｉＳ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｓｏｕｎｄ　ｗａｖｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｉｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｅｔｃ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｐｉｌｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ：ｂｏｄｙ　ｐｉｌｅ　ｄｅｆｅｃｔ　０　引　言　建筑物主要由地基、基础和上部结构三部分构成。　混凝土灌注桩基础是桥梁、多层和高层建筑等建筑物　的重要且普遍使用的基础形式，混凝土灌注桩根据成孔　声波的非金属检测仪，通过获取与混凝土性质有关的波　形、声幅和波速等声学参数，对混凝土质量进行检测，　对混凝土基桩完整性做出正确评价。但是，由于混凝土　是非均质性介质，是一种粘弹塑性材料，使得超声波在　混凝土中的传播非常复杂，对桩身质量的判断需要一定　的经验。结合多年的检测经验，本文就如何在声波透射　法检测中准确采集超声波在混凝土中传播的声学参数，　如何根据其声学特征准确地评价桩身质量提出自己的　观点，并与大家商榷。　方法不同，分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩、冲孔灌注桩　和人工挖孔灌注桩等。混凝土的灌注大多属于水下施　工或隐蔽工程施工，且施工过程容易出现诸如断桩、缩　径、夹泥、蜂窝、离析和桩身倾斜等一系列质量问题，对　建筑物的安全性能和耐久性能产生严重威胁。基桩质　量好坏，不但直接关系到建筑物的结构安全，而且也关　系到建筑物的实际使用年限。为保证工程质量，确保人　１检测的原理、方法及仪器设备　Ｉ．Ｉ检测原理　民生命财产安全，必须对建筑物的基桩质量进行检测。　为了使基桩检测工作符合安全适用、技术先进、数据准　确、评价正确的要求ｆ１］，必须合理地使用相应的基桩检　测方法。基桩的声波透射法检测，借助能发射并接收超　作者简介：林丽玲，女，助理工程师，研究方向工程质量检测。　超声波检测仪发射的脉冲电信号由径向换能器转　变为超声脉冲，超声脉冲在桩身混凝土传播的过程中遇　到空洞、蜂窝、离析、松散等缺陷时，声波将沿缺陷边缘　产生绕射和散射，这是由于缺陷处混凝土的波速较正常　混凝土的波速小，能量衰减大。根据超声波检测仪测得　．７７．　——————　的首波到达时间、首波波幅、主频频率和波形特征，就　可判断桩身混凝土的质量情况＿２］。　１．２检测方法　检测方法采用桩内跨孔透射法，即在桩内预埋两　根或两根以上的声测管，把发射、接收换能器分别置于　两管道中，检ＮＢ，－Ｊ－声波由发射换能器发出，穿透两管间　混凝土后被接收换能器接收，实际有效检测范围为声　波脉冲从发射换能器到接收换能器所扫过的面积＿１］。　一般采用平测法声波发射与接收换能器从桩底向上同　步上升【３】，声测线间距取１００　ｍｍ。在可疑的声测线附　近，可增加斜测、交叉斜测和扇形扫测等方法ｌ４】。　１．３仪器设备　检测采用半自动多通道超声测桩仪、双孔式径向　换能器等设备。检测仪器设备连接如图１所示。　图１　基桩声波透射法检测示意图　２数据分析和基桩质量判定　２．１桩身缺陷判定　以声速异常判断临界值、波幅异常判断临界值以及　辅助异常声测线送气ＰＳＤ判据，并结合主频和波形异　常特征进行综合判定。　２．２桩身混凝土均匀性判　桩身均匀性按声速离散系数Ｃｖ分为Ａ、Ｂ、Ｃ、　Ｄ四级（见表１）。　表１　声速离散系数级别表　混凝土匀质性等级ｌ　Ａ　１　Ｂ　Ｃ　Ｄ　！：　ｌ！：三！Ｉ！三！　三　ｌ　三！：三　！Ｉ　三　１　２．３桩身完整性判定　根据桩身混凝土的均匀性，是否存在缺陷以及缺　．７８．　第３４卷　陷的严重程度，将桩身的完整性按四类划分：　Ｉ类桩：桩身完整；　Ⅱ类桩：桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载　力的正常发挥；　Ⅲ类桩：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响；　Ⅳ类桩：桩身存在严重缺陷。　３实测工程基桩分析　３．１桩身存在严重缺陷一Ⅳ类桩实例　某跨海大桥主墩冲孔灌注桩，施工桩长Ｌ＝７３　ｍ，　桩径①＝１　８００ｍｌｎ，预埋４根声测管，共检测６个剖面。　声测结果如图２所示。　声波透射法检测发现该桩在９．７～ｌ２．８５　ｍ处６个剖　面的声测线均存在声学参数严重异常、波形严重畸变，　异常声测线在所有剖面的一个区段内纵向连续分布现　象。深度一声学参数曲线上相邻两点的斜率与声时差的　乘积ＰＳＤ值在该深度处突变。　该桩６个剖面的声速离散系数Ｃｖ分别为ｌ一２剖　面：６．０％、Ｂ级：１—３剖面：２．３％、Ａ级：１—４言０　面：６．１％、Ｂ级：２—３剖面：４．９％、Ａ级：２—４剖面：　３．３％、Ａ级：３—４剖面：５．８％、Ｂ级。从６个剖面的声　速离散系数Ｃｖ看，该桩除局部区段断面存在严重缺陷　外，其余部分混凝土的均匀性较好。　检测结果说明该桩在９．７—１２．８５　ＩＴＩ处桩身存在　严重缺陷，桩身完整性判为Ⅳ类。在实测过程中，通过　对９．７～１２．８５　ｍ段进行斜测、交叉斜测和扇形扫测等方　法，检测结果与上述结论相符。　检测完成后，向施工单位了解施ｍｍｌ－情况，该桩灌　注混凝土至该深度时，下料导管产生严重塞管，并伴有　塌孔现象。由于该桩为大桥主墩基桩，补桩困难，且补　桩后由于承台加大影响以后通航。考虑到该桩缺陷不算　太深（９．７～ｌ２．８５ｍ），故采用如下方法处理缺陷：在该　桩外围套一直径大于该桩直径约０．５　ｍ的钢护筒起隔　水防护作用，将桩顶至缺陷深度的混凝土打掉，然后重　新接桩至设计标高。缺陷处理过程应注意保持钢护内空　气流通，确保人身安全。　３．２桩身有明显缺陷一Ⅲ类桩实例　某大洲桥桥墩钻孔灌注桩，桩长Ｌ＝４６．７０ｍ，桩　径　＝ｌ　３００ｍｍ，预埋３根声测管，共检测３个剖面。声　质量检测　工程质量　第３４卷　ｕａｌｉｔｖ　１＇ｃｓｔ　该桩３个剖面的声速离散系数Ｃｖ分别为１—２剖　面：３．８％、Ａ级：１—３剖面：２．９％、Ａ级：２—３剖面：　２．４％、Ａ级。从３个剖面的声速离散系数Ｃｖ看，该桩混　凝土的均匀性好。　该桩混凝土均匀、密实、桩身完整，完整性类别为　Ｉ类桩。　４结论分析　由于建筑物基桩的施工是水下混凝土、是隐蔽工　程的施工，对施工质量的影响因素繁多，要确保工程质　量，不但要确保砂、石、水泥和其它外加剂等材料的质　量，采用合理的配合比，还应采取正确的施工工艺。影　响基桩的声波透射法检测结果的因素很多，除基桩本身　质量的影响外，检测人员、检测仪器、声测管以及径向　探头和声测管、桩身混凝土的耦合情况等也直接影响检　测结果。如何科学、准确地评价基桩质量，笔者认为，　必须注意以下几点。　１）检测人员必须持证上岗，且具备一定的工程检　测经验。　２）超声检测系统必须经过标定，同一批桩的检测　宜选择相同的超声检测仪和径向换能器。　３）应选择有足够的强度和刚度且透声率好的声测　管。声测管的埋设质量，特别是连接质量直接影响检测　结果的准确性，连接处特别容易引起声学参数的突变，　应注意选择合适的声测管连接方法。　４）检测宜由桩底开始向上检测，发射电压应固定，　并始终保持不变。调节衰减器的衰减量，使接收信号始　波幅值在显示屏上显示的幅度基本，匣定。　５）应从桩底匀速向上检测，向上同步上升时应注意　观察波形的变化。由于接收波幅对缺陷的反应较为敏　感，检测时应随时调整增益和衰减，使波幅显示保持相　对稳定。　６）对声学参数发生异常的桩段，可采用加密测点、　斜测和扇形扫射等方法进行复测，以防误判。　７）对平测中发现的桩身缺陷，应通过斜测和扇形　扫射判断其是否断桩、夹层、缺陷的大小和缺陷所处　位置。　８）要善于利用波幅对缺陷的反应较为敏感的特　性，防止缺陷漏判。　．８０．　行业标；￣ＪＧＪ　１０６－－２０１４《建筑基桩检测技术规　范》中规定采用接收信号首波能量平均值的一半作为波　幅异常判断的临界值，如式（１）～（３）所示　］。　（　）＝吾　Ａ　ｐｊ（　）　（１）　ｃ（　）　（　）一６　（２）　波幅　．（Ｊ）异常应按式（３）判定：　。ｉ（　）＜　（Ｊ）　（３）　式中：　（　）为第　检测剖面各声测线的波幅平均　值（ｄＢ）；Ａ。　（Ｊ）为第　检测剖面第ｆ声测线的波幅值　（ｄＢ）；　。（　）为第　检测剖面波幅异常判断的临界值　（ｄＢ）；，ｚ为第，检测剖面的声测线总数。　但当接收波幅低于波幅异常判断的临界值时，基桩　钻芯结果并未见桩身缺陷，这可能与混凝土材料的非匀　质性有关。因此，波幅异常判据只能参考使用。　５结语　本文从超声波在混凝土中的传播特性入手详述了　声波透射法检测桩身完整性的理论依据。通过工程实　例论述了检测时必须根据声时、波幅、波形和ＰＳＤ判据　综合判断桩身的质量情况；分析了在实际检测中应注意　的问题，必须从波形看出其所传递的桩的质量信息，使　检测结果科学；隹确，既不漏判，也不误判。波幅对混凝　土质量的反应非常灵敏，波幅这一声学参数目前还只是　做为一个重要的辅助判据，如何充分利用波幅这－－Ｎ据　判断混凝土质量，还有待日后进一步研究。＠　参考文献　［１］广东省建筑工程质量安全监督检测总站．工程桩基质量检测技术培　训教材［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００９．　［２］吴慧敏．结构混凝土现场检测新技术一混凝土非破损检测［Ｍ］．长　沙：湖南大学出版社，１９８８．　［３］中国建筑科学研究院．ＪＧＪ　１０６－－２０１４建筑基桩检测技术规范［ｓ］．北　京：中国建筑工业出版社，２０１４．　［４］陕西省建筑科学研究设计院．ＣＥＣＳ　２１　２０００超声法检测混凝土缺　陷技术规程［ｓ］．北京：中国工程建设标；隹化协会标；隹，２０００．　［５］广东省建筑工程质量安全监督检测总站广东省桩基工程质量检　测报告范本［Ｍ】．广州：广东省建筑工程质量安全监督检测总站，　２００２．