声波透射法检测基桩的应用

　　摘要：声波透射法检测基桩完整性是目前应用较为成熟的检测技术。本文介绍声波透射法的原理、检测方法、判定依据，并结合作者多年工程实践及检测实例，对基桩的主要缺陷种类进行了分类，对检测、判断工作中的注意事项进行了总结。
　　关键词：声波透射法，检测，基桩，完整性，应用
　　一、声波透射法测桩简介
　　在现代工程建设中，将荷载传递至稳定深层土体中的桩基础是既经济又安全且施工工艺成熟的基础工程，其质量高低将直接影响结构的承载能力和使用寿命，现有基桩检测手段中，声波透射法准确性较好、检测效率较高、技术成熟，应用较普遍。
　　二、声波透射法测桩的原理及方法
　　1、原理
　　当超声波在砼中传播遇到缺陷时，如裂缝、夹泥、空洞、蜂窝、松散、强度低或集料不均匀等，声波将发生绕射、折射、反射，能量衰减，声时增大，声速降低，波幅减小，波形畸变。
　　声波透射法检测桩身混凝土完整性正是利用声学参数的变化作为检测的理论基础。在基桩钢筋笼内侧固定钢管或PVC管作为声波换能器的通道；检测前将测管灌满清水，作为耦合剂；将换能器置于测管中，发射换能器按一定周期发射多频脉冲超声波，接收换能器将接收到的声波转换为电信号，经声波仪放大、储存、处理及专用软件分析，根据声学参数的变化及其它因素，对桩身混凝土进行综合判定，确定其完整性。
　　2、适用范围
　　声波透射法一般适用于桩径大于0.8m的灌注桩，当桩径小于0.8m时，声波换能器与测管的耦合会引起较大的相对测试误差；当管间距大于一定长度后，累积的微小缺陷将影响对基桩的判断。桩长无限制，型式可为圆桩或方桩；施工工艺可为人工挖孔或机械冲孔，基桩受力型式可为端承桩或摩擦桩，可为抗滑桩或结构受力桩。
　　3、方式
　　根据测管埋置情况，检测方式分为双孔检测、单孔检测和桩外检测。
　　（1）双孔检测。将发射、接收换能器分别置于两根测管中，根据两换能器的相对高差，采取平测、斜测、扇形扫测等方式。
　　（2）单孔检测。单孔检测是将发射、接收换能器通过隔声材料连接在一起，并一同放置于同一孔道中，声波通过水耦合剂、混凝土介质绕射，分析接收到的声波，判断孔道周围混凝土质量。
　　（3）桩外检测。桩外检测是在基桩顶放置功率较强的低频发射平探头，基桩外钻一孔作为接收换能器通道。声波穿过混凝土、桩与测孔间的土由接收换能器接收各种声学参数，作为分析、判断的依据。
　　4、桩身完整性判定
　　（1）声速判据
　　声速最稳定、可靠性最高，但目前没有具体量化的公式表达所有砼声速与强度的关系，仅在同条件下通过声速大小比较砼质量的好差。当实测声速低于数理统计概率确定的声速临界值时，作为可疑缺陷点。
　　（2）声波频率
　　当声波遇到砼缺陷时，因衰减严重、主频明显降低，间接反映混凝土质量好坏，但不同剖面及不同基桩可比性不强，只适用于同一剖面内各测点的相对比较。因此，主频变化仅作为辅助判断。
　　（3）波幅判据
　　波幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减程度的重要参数。波幅没有声速、主频稳定，但对缺陷砼更敏感，由于受多种因素影响，只用于同条件的相对比较。当实测波幅低于波幅临界值时，作为可疑缺陷区。
　　（4）声波波形
　　波形是声波能量的总体反映，在检测时，除逐点读取声波的声时、波幅等，还应注意观察整个波形的变化，作为综合判定的重要参考。
　　（5）PSD判据
　　为增大声时的权值，以声时—深度曲线上的斜率与声时变化的乘积PSD值作为异常点判据。根据PSD值在某深度处的突变，结合其它声学参数的变化情况，进行异常点判定。
　　根据上述判据，对基桩完整性进行综合判定。综合判定首先分析波速与波幅均明显偏低的测点和区域并结合PSD判据确定异常部位，其次对可疑点加密细测。
　　三、工程应用
　　根据基桩类型、成桩方式和施工工艺，基桩缺陷大致分为以下原因：
　　1、人工挖孔浇注普通混凝土
　　1）、受地下水冲刷影响
　　某人工挖孔、普通混凝土基桩，位于河滩上，地下流动水将水泥浆完全冲刷掉，砂石完全离散；造成桩底以上4.5米区域波速和波幅均衰减，PSD判据突变；经钻取芯样，验证了检测结论。
　　2）、混凝土有杂物
　　某人工挖孔、普通混凝土基桩，因水泥包装袋裹附于混凝土中，而水泥袋包裹的砼密实程度很低，造成缺陷区域的波速和波幅均衰减明显。
　　2、机械成孔灌注水下混凝土
　　1）、桩底沉渣
　　某机械成孔、水下混凝土基桩，因桩底清孔时，未将沉渣清干净，造成桩底以上1m区域，波速和波幅同时衰减；通过钻芯，在桩底段仅取出破碎砼，验证桩底有沉渣。
　　2）、断桩
　　某机械成孔、水下混凝土基桩，因浇注混凝土时，导管提升过快，护壁泥浆与砼混合，形成断桩；波形图上各剖面波速衰减明显，波幅无显著变化，PSD判据突变；通过钻芯，发现混凝土与泥浆混合。
　　3）、混凝土离析
　　某机械成孔、水下混凝土基桩，因砼离析，造成砂浆多粗集料少。经检测发现基桩各剖面在桩顶以下6.0m～6.5m区域波速明显降低，但波幅衰减不显著；通过钻取芯样，及芯样砼抗压强度试验，验证了混凝土离析，且砼强度低于设计强度。
　　四、体会
　　1、检测前，应重点了解基桩类型、地质勘察情况、施工工艺等；特别是：浇注砼过程中，有无超过30min的停顿；若为冲孔水下砼基桩，导管有无提漏、有无堵管及桩底清孔情况；若为人工挖孔普通砼基桩，有无地下水、地下水的位置、流量、是否为流动水及地下水的处理情况。
　　2、从成桩到检测的间隔时间宜满足规范要求，因在砼完全硬化前，波速误差较大；在砼硬化后，密实程度大幅提高，波形曲线有较大发展。
　　3、若声测管外裹附泥团，检测时常被误判为层状缺陷，可以通过斜测确定缺陷的具体位置、区域。
　　4、声波换能器若接触测管壁（钢管），声波会发生畸变，应加扶正器使换能器始终在测管中间；换能器提升速度应保证波形完整，宜在5～20cm/s之间。
　　参考文献：【1】公路工程基桩动测技术规程，JTG/TF81-01-2004；【2】桥梁检测与加固手册，张劲泉，王文涛，2007年；。