浅谈超声波在混凝土灌注桩无损检测中的应用

　　摘要：本文探讨了混凝土灌注桩超声波无损检测的方式以及及其检测系统，并对混凝灌注桩桩身质量判据做了简要说明，结合东莞市域东南部公路工程某段实例讨论了各种参数对混凝土无损检测结果的影响。
　　关键词：混凝土灌注桩；超声波；无损检测
　　
　　混凝土灌注桩的缺陷是指因技术管理不善和施工疏忽，造成结构混凝土内部存在空洞、局部疏松、夹杂物、颈缩、施工缝，或由于工艺违章、配料错误造成的低强度区;严重的分离离析造成组织构造的不均匀性;使用过程产生裂隙以及化学侵蚀、冻害的损坏层等。为了探测结构内部和表面缺陷，并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化等作出判断和评价。在不损伤混凝土结构的前提下，无损检测技术就是利用结构内部异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，对结构进行“无损”检测。
　　1混凝土缺陷的超声波检测系统
　　混凝土灌注桩的缺陷是指因技术管理不善和施工疏忽，造成结构混凝土内部存在空洞、局部疏松、夹杂物、颈缩、施工缝，或由于工艺违章、配料错误造成的低强度区;严重的分离离析造成组织构造的不均匀性;使用过程产生裂隙以及化学侵蚀、冻害的损坏层等。混凝土缺陷的超声波检测系统如图1所示。
　　
　　图1混凝土缺陷的超声波检测系统
　　
　　2混凝灌注桩桩身质量判据
　　（1）用声速判断缺陷的概率法判据：由于混凝土质量的随机波动不可避免，其质量波动符合正态分布，则反映正常混凝土质量的指标(如声速)是服从正态分布的随机变量。确定随机变量的临界值，也就是确定区分随机波动与过失误差的一个判断标准，凡低于这个标准的取值就认为偏离了正态分布规律，是异常值。
　　（2）用声时判断缺陷的PSD判据：根据桩身某一检测面的实测声时tc()，及测点高程z(mm)，可得到一个以tc为因变量，z为自变量的函数tc=f(z)。当该桩身完好时f(z)应是连续可导函数，即。
　　（2）声幅判剧：接收波首波波幅是判定混凝土灌注桩桩身缺陷的一个重要参数，首波波幅对缺陷的反应比声速更敏感，但波幅的测试值受仪器、测距等许多缺陷因素的影响，因而其测值没有波速稳定。声波波幅与正态分布的偏离更远，采用基于正态分布规律的概率法来计算波幅临界值缺乏可靠的理论依据。
　　（3）主频判据：由于用主频作为判据，会遇到和声幅作为判据时类似的问题，因此一般应用不多，只是作为其它判据之外的一种辅助手段。
　　（4）实测声波波形：实测波形可以作为判断桩身混凝土缺陷的一个参考，前面所述的声速、声时、声幅只与接收波的首波有关，接收波的后续部分是发、收换能器之间各种路径声波叠加的结果，对其做定量分析比较困难，但后续波的强弱在一定程度上反映了收、发换能器之间声波在桩身混凝土内各种声波传播路径上总的能量衰减。
　　3实证研究
　　3.1 工程概况
　　东莞市镇街联网路21号路处于东莞市域东南部，包括大岭山、大朗、常平、黄江、樟木头、清溪、塘厦、凤岗等八镇，道路总长度约44.05公里。东莞市域东南部公路工程中涉及桥梁数座，桩基础众多。按照要求，所有的桩基础必须进行质量检测，并对己测桩进行30%的随机复检，工程量较大，工作难度较高。桩身的完整性检测全部采用超声波透射法进行检测。
　　3.2现场检测
　　桩底标高-27m,C20混凝土翻浆灌注，钢管声测管采取三角形布置方式，a-b剖面两声测管外壁距离80cm,a-c剖面两声测管外壁距离81cm,b-c音四面两声测管外壁距离80cm。检测前声测管内注满清水作为藕荷剂。
　　以下将给出用声时、声幅和声速(判据的建立如前所述)作为判据所得出的判据曲线，各剖面的判据曲线如图2所示。

　　
　　图2各剖面的数据曲线
　　
　　从图2各剖面判据曲线，首先可以对该桩的质量作以粗略的判断:在a-b剖面利用声时、声速作为判据时，可以看出，各个测点的最小值均没有超出相应的判据值，桩身质量较好，不存在明显缺陷；而利用声幅作为判据时，在距桩顶12.2m,16.3m,17.9m,20.3m,24.3m处声幅值明显超出相应的判据，说明在这些测点处可能存在一定的缺陷。对于a-c剖面，利用声时、声速作为判据时，也可以看出，各个测点的最小值均没有超出相应的判据值，同样表明桩身质量较好，不存在明显缺陷；而利用声幅作为判据时，在桩顶以下O-5.5m以及20.4m,23.1m,24m处的声幅值超出判据值，说明在这些地方可能存在一定的缺陷。对于b-c剖面，利用声时、声速作为判据时，在桩顶以下0-3.6m范围内，声时、声速值均低于相应的判据值，其他部分均在判据值以上，这说明在这一范围可能存在缺陷，而在4m左右到12.5m左右这一段范围内声速明显偏高，则说明在这一区段可能出现了声测管发生侧移。利用声幅作为判据时，同样可看出，在0-3.6m区段内及11.2m,24.6m处出现声幅异常。结合声时、声速的判断，可推断出:在b-c剖面的0-3.6m区段内存在一定程度的缺陷。
　　4结束语
　　由于混凝土超声波非破损检测，具有操作快捷简便、数据的分析判断较为直观，因而可以加快施工进度，节约成本。本文通过实验验证超声波在混凝土非破损检测的可行性和可靠性，为混凝土桩基础的非破损检测提供依据。结合不同的判剧，提供了较为全面的检测判断方法，对实际工程施工及己有结构的缺陷检测具有指导作用。
　　
　　参考文献：
　　[1]马建军，南金生.钻孔灌注桩的超声波透射法检测.地震学刊，2001年6月
　　[2]陈德强，赵经.应用超声波检测混凝土灌注桩.山西交通科技，1996年第1期
　　[3]林维正，苏勇，洪有根.混凝土裂缝深度超声波检测方法.无损检测，2001年8月
　　
　　
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