声波透射法在灌注桩桩身缺陷检测中的应用

王建军

声波透射法在灌注桩桩身缺陷检测中的应用

王建军

一、工程概况

安徽省六安市某公路桥桥跨组成为25m+30m+25m，桥梁全长80m，桥面宽度9.5m。两岸桥台顺水流方向长8.4m，垂直水流向长2.1m，底高程61.20m。采用肋板式台身，基础为承台加钻孔灌注桩，每个承台下四根桩，桩径1.4m，桩底深入弱风化基岩内1.0m。桩墩采用桩柱式桥墩，其下直接与钻孔灌注桩连接，桩径1.6m，柱底深入弱风化基岩内1.0m。

二、工程地质条件

桥址上游约70m处河底基岩出露，出露岩性为侏罗系中统朱集组微风化浅紫色细砂岩，而建桥址处未见基岩出露。根据钻孔资料，将桥址处揭露的地层按由新至老的顺序叙述如下：

①层（Qs）：人工填土，分布于左岸导流堤及右岸分流堤处，除右岸分流堤上部2.5m为灰黄色中～轻壤土外，其余填土成分为含砾中粗砂，灰黄色，松散状为主，标贯击数一般为7～12击，平均9.4击。该层层厚5.40～7.10m，层底高程为61.75～62.06m。

②层（Qa4l）：中粗砂，局部夹小砾石，砾石含量小于10%，灰黄色稍密～中密状，稍湿～饱和，标贯击数11～16击，平均13.0击。该层层厚1.00～4.40m，层底高程为57.35～61.06m，左岸较厚而右岸较薄。

③层（Qa4l）：淤泥质中～重粉质壤土，青灰色，软塑，湿，含少量腐殖质。标贯击数2～3击，平均2.5击。该层仅于右岸钻孔ZK301中揭露，层厚5.20m，层底高程56.86m。该层于孔深7.90～9.00m夹小砾石，粒径2～3cm，磨圆度好。

④层（Qa4l）：砂卵石层，杂色，上部2～3m一般为稍密状，下部一般为中密状。砂主要为中粗砂，灰黄色，卵砾石含量一般在30%～40%，粒径一般为 0.5～10cm，局部大于 10cm，次棱角状～次圆状，岩性以变质岩及花岗岩等坚硬岩石为主。重型动探击数6～18击，平均12.1击。该层层厚11.00～14.20m，层底高程为45.60～48.97m。

⑤层（J2Z）：侏罗系中统朱集组细砂岩，局部含小砾石，浅紫色，局部石英含量较高者为灰白色，中厚层状，交错层理发育，岩质较坚硬，钻孔揭露为微风化～新鲜。基岩面顶高程为46.45～48.36m，岩面起伏不大，揭露基岩最大厚度为5.80m。根据除险加固期间所取岩样的室内试验成果，新鲜细砂岩饱和抗压强度为42.7～74.2MPa，平均值为 56.8MPa，属中硬岩石。

三、钻孔灌注桩基本情况

本次检测右侧桥台4根钢筋混凝土灌注桩的完整性，4根桩桩长均为18.6m，桩径1.2m，桩身混凝土强度C25，龄期均大于28d。

该工程基桩施工时，在自然地面机械钻孔泥浆护壁、清孔、下笼、浇筑。成桩之后，开挖至标高，然后将桩顶浮浆凿出，并清理干净，再进行测桩。

四、检测方法

声波透射法是在桩体混凝土中预先埋设检测管，每两根检测管为一组测孔，在任一检测管内放置声波发射换能器，另一根检测管内放置声波接收换能器。开启仪器后，声波发射换能器将仪器发射的脉冲级转换为机械振动波，并通过检测管内的水耦合传入桩体混凝土而向四周传播，声波接收换能器将传至的振动波转换成电信号送入仪器，仪器便自动接收到经过两换能器之间桩体的声波传播时间（t）和波的幅度（A）,由两换能器之间的距离计算声波波速（Vp）。如果两换能器之间的混凝土存在缺陷，将使传播的声波产生反射、绕射和折射，从而改变了声波的传播时间和幅度。可依据这些声波参数的变化来分析桩体混凝土的完整性。

本次声波透射法检测工作使用的仪器为RS-ST01C型智能数字超声仪，频带宽度10Hz～500kHz，总增益0.01～8000倍可调，液晶显示屏。该仪器可以一次性完成采集、显示、储存、分析、打印等工作。发射、接收换能器为TYF-2型柱状径向振动换能器，其共振频率为39kHz。换能器应能在全程范围内升降顺畅。

检测前准备工作有：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。

缺陷示意图

声波透射测试装置有平测法、斜测法和扇面测法三种，本次检测采用平测法和斜测法两种方法。平测法是将发射和接收换能器始终保持在同一标高上进行测试，通过平测可得知缺陷在垂直方向上的区域大小和严重程度，但不能确定缺陷在水平方向上的大概部位。在平测法检测出缺陷垂直方向的区域后，再用斜测法测试水平方向的范围。斜测法是发射和接收两个换能器不在同一标高上进行测试，在测试过程中采用固定的相差高程（即高差同步），同一剖面进行两次单独的测试，一般来说高程差越大，越能缩小缺陷在水平方面的范围，斜测法可作为平测法的补充测试方法。

五、检测数据的分析

通过对右侧桥台4根灌注桩各曲线的分析，只有4号桩身存在缺陷。桩身缺陷位置的检测，第一次采用平测法，测试方法见图1。

4#桩A-B测孔SPD曲线在1.5m、4.5m及9.2m至10.5m处值较大，声幅曲线在1.6m、9.2m至10.0m处局部超出声幅临界值；声时及声速曲线在4.0m、9.4m、11.6m稍微超出其对应临界值；4#桩A-C测孔SPD曲线在0.4m处值较大，声时及声速曲线在0.4m处超出其对应临界值；声幅曲线未超出其对应临界值；4#桩 B-C测孔 SPD曲线在 9.4m、12.3m处值较大，声幅曲线在3.0m、3.6m处局部超出声幅临界值；声时及声速曲线在9.4m稍微超出其对应临界值。

图2 桩身缺陷位置检测示意图

综合上述3组测孔分析，4#桩在0.4m、4.0m、9.4m、11.6m 处存在缺陷。第二次测试针对缺陷处采用局部加密对测（对测间距50mm），A高B低斜测（间距同加密对测），A低B高斜测（间距同加密对测），通过以上3种方法确定缺陷范围、大小及缺陷的严重程度。桩身缺陷位置具体检测方法示意图见图2。

通过常规对测发现桩身缺陷大致位置，然后采用局部加密对测、局部加密斜测来确定桩身缺陷范围及缺陷严重程度。综合上述方法判定4#桩在0.4m处存在微裂缝，可能由于破桩头引起，在4.0m、9.4m、11.6m处存在局部范围离析。

六、结语

通过以上检测实例，可知声波透射法检测桩身缺陷步骤为：异常测点判断概率统计法→缺陷范围判断阴影重叠法→缺陷程度判断层析成像法。

声波透射法在桥梁、水闸等基桩完整性评价中是比较准确可靠的，其检测结果可对有缺陷的部位实施处理措施时进行指导。它已广泛运用于水利、公路基桩检测中，在提高工程质量、消除隐患、保证安全方面发挥了巨大作用

安徽省水利水电勘测设计院 233000）