声波透射法在混凝土钻孔灌注桩检测中的应用

王 磊

声波透射法在混凝土钻孔灌注桩检测中的应用

王 磊

钻孔灌注桩基础在道路桥梁工程中应用比较广泛，施工工艺及技术发展也比较成熟。但因其属隐蔽工程，质量控制难度大，成桩质量受施工工艺、地质条件等因素的影响，不可避免地容易出现如缩径、夹泥、孔洞、离析，甚至断桩的各种形态缺陷。因此，成桩后的质量检测就显得尤为重要。目前，钻孔灌注桩成桩后的质量检测规范有低应变检测，高应变检测，静载荷试验以及超声波检测等，前三者在工程实践中已得到广泛应用。

一、超声波检测钻孔灌注桩简介

根据规范与桩直径要求，在钻孔灌注桩中预埋若干要互相平行的超声波检测导管。检测前先将导管注满清水，再将发射探头和接收探头分别放入两根导管底端，发射探头和接收探头在同一高度，超声波检测仪产生重复的电脉冲来激励发射探头（发射换能器），发射探头将电脉冲能量转化为机械振动能量，接收探头将机械振动能量转化为电振动能量。发射探头发出的超声波经耦合而进入混凝土，在混凝土中传播后为接收探头接收并转换成电信号传送至接收仪，经过放大后显示在波屏上，可以测读传播声时和首波波幅，根据两根导管的距离可计算出混凝土的声速，进而得到声速及波幅与桩身深度的关系曲线，通过曲线可以判断桩身混凝土均匀性，缺陷部位及缺陷性质。

二、测前准备工作

1.对声测管管材的要求

目前常用的声测管有钢管、钢质波纹管、塑料管三种。在使用上各有优缺点，无论哪种材料，都要有足够的强度和刚度，保证在混凝土灌注过程中不变形、不破损，同时又要有较大的透射率。钢管的优点是便于安装、刚度大，埋置后可基本保持其平行度和平直度等，目前许多大直径灌注桩均采用该种材料，缺点是价格较贵。钢质波纹管具有管壁薄、省钢材和抗渗、耐压、强度高、操作轻便等优点，但因柔性较大，安装时需注意保持其轴线的平行。塑料管的声阻抗率较低，具有较大的声透率，但因塑料的热膨胀系数与混凝土相差悬殊，混凝土凝结后塑料管因温度下降而产生径向和纵向收缩，有可能使之与混凝土局部脱开而造成空气或水的夹缝，在声路径上会增加更多反射强烈的界面，容易造成误判。因此通常用于较小桩径。

2.声测管的埋设要求

声测管埋设时，必须保证各声测管之间互相平行，探头能在管内顺利畅通的提升或下降，埋设根数根据设计及有关规范进行。当桩径不大于0.8m时埋设2根管，桩径在0.8~2.0m时应不少于3根管，桩径大于2.0m时应不少于4根。

3.声测管的绑扎与埋设

（1）声测管一般用焊接或绑扎的方式固定在钢筋笼的内侧，在成孔后、灌注混凝土之前随钢筋笼一起放置于桩孔中，声测管应一直埋到桩底，如果受检桩不是通常配筋，则在无钢筋笼处的声测管间设加强箍，以保证声测管的平行度。如果声测管管壁薄，当采用焊接固定时，在焊接时容易导致声测管焊透，管内出现凸起，换能器要么放不到底，要么往下放时不能凭借重力落下去却不能顺利拉起来，建议每隔3m粗铅丝绑扎一道，只在管口接头处与主筋进行焊接。

（2）声测管内径以50~60mm为宜，导管底部必须应用钢板或者用套管封住，上端加盖，管内无异物，管口应高出桩顶10mm以上，且各声测管管口高度宜一致。有的施工人员图省事将底部砸扁焊一道，这样也极有可能导致换能器提不起来。

（3）一个标段内声测管最好采用同种材料统一型号的钢管，便于扣除零声时中的误差。

声测管的连接和埋设质量是保证现场检测工作顺利进行的关键，也是决定检测数据的可靠性及试验成败的关键环节，应引起高度重视。桩身内部混凝土波速均以该距离除以两管间的声时得出，如果桩身内部某一段声测管向桩身内部弯曲，其波速就会偏大，反之则偏小，两种情况统计的均匀性都会导致其等级偏差。

4.声测管的布置

对于桩直径为800mm的钻孔灌注桩，2根声测管最好沿直径方向布置，因为在浇混凝土时，混凝土是沿导管均匀向四周流淌，导管与桩从理论上讲是两个同心圆的关系，那么在任一直径上所测混凝土质量基本可以代表该截面混凝土的质量。在实际测试中，通过声测对某一段有缺陷的混凝土桩再用低应变测试，二者确实互相印证，这说明通过声测基本可以判定桩身混凝土的某些缺陷。

5.破桩头后声测管的保护

破桩头时声测管必须细心保护，如果风镐将声测管钻破导致里面凸起，切割声测管后不用任何东西堵住管口而导致破碎的混凝土掉进声测管内，都会使探头不能顺利放到管底，从而影响声测工作的正常进行，所以施工人员在破除桩头时要特别小心，并采取相应措施。

三、检测工作

1.检测仪器

检测仪器一般由数据采集系统，一对换能器（发射与接收，接收换能器应附带放大器）组成。换能器（俗称发射探头及接收探头）的生产厂家较多，一般都比较可靠。购买后必须进行率定，波形清楚、声时准确方可投入使用。在检测过程中，除了考虑换能器的精度要求外，还要根据测距大小和混凝土质量的好坏来选择合适频率的换能器。低频声波衰减慢，在介质中传播远，但对缺陷的敏感性和分辨力低；高频声波衰减快，在介质中传播距离短，但对缺陷的敏感性和分辨力高。一般在保证具有一定接收信号幅度的前提下，尽量使用较高频率的换能器，以提高声波对小缺陷的敏感性。

2.检测前仪器的准备

检测仪器连同换能器必须每年送有关法定计量单位进行鉴定，鉴定合格后方可使用。

鉴定后在具体检测工作前，必须确定系统的零声时。确定方法有两种，一是按规范进行公式计算，二是进行现场率定，在此简单介绍下后种方法。可取现场切割下来的两根声测管，注满清水紧靠在一起置于水池中，按正常检测程序测量声时，测3个数据取平均值作为零声时。这种方法的好处是将仪器本身的系统误差（厂方给定）包括在内，一个工程标段如果声测管是同一型号的则不用更改。

在检测前要求施工单位配合将声测管管口焊割齐平，两管管口基本等高，大约在破除好的桩顶之上10cm。管口焊渣清理干净，灌满清水，声波检测仪可使用内置电源，也可以使用交流电源，但要保证交流电稳定以免仪器受损。

3.现场检测工作

现场工作由两部分组成，一是检测数据的采集，二是换能器的升降（俗称拉绳），二者配合进行。

先用直尺量测2根声测管的外径距离（靠桩中心一侧），精确至cm，报给数据采集人员，输入检测参数“测距”。正式检测前，用假探头（检测用探头直径，重量大致相同）试放，检查换能器是否能在声测管内自由升降，确信声测管畅通后方可进行正式检测。

接受换能器通过放大器与声波检测仪连接好，打开仪器电源开关，设置参数后开始正式测试工作，先将两换能器放至声测管底部，由下而上每隔20~40cm测一点，将采集状态置于“采样”，示意拉线人员拉起换能器，这样做的好处是可以看到动态的波形变化，直至一根桩检测结束。测完后，分析查看是否有异常测点（如波速、波幅过低），若有应进行复测。

4.检测后数据处理

现场工作完成后，应将图形打印出来，并将数据传输至电脑保存，检测结果通过检报的形势报给有关单位，仪器也应妥善保管，注意防水防晒。

5.检测过程中常见问题及处理方法

（1）探头卡住

当卡住不太严重时，拉住电缆线轻轻上下抖动，等探头松动即可拉出来。或者用另一个探头轻放至卡住位置，提起往下轻轻冲击，待探头松动即可拉出来。有时这两个办法都不奏效，可试用8mm的钢筋焊接连起来往下捅，直至探头松动即可拉出来。

（2）没有波形

检查是否断电或电缆线被压住。若声时很大，该位置可能出现夹泥、离析等，其声波传播时间会大大增加。这时根据情况调节测值，直至出现波形为止。

（3）换能器故障

换能器碰撞声测管内壁或其他硬物导致裂痕进水。

（4）放大器出现故障

将两探头拉出来，放在水中进行采样，如果没有波形出来，基本判断为放大器故障。

（5）数据采集仪器出现故障

拿到室内，用平面换能器（不用放大器）检测，如正常说明仪器正常，反之仪器出现故障。

声波透身法是混凝土灌注桩完整性无损检测的主要方法，可以详细查明桩身内部混凝土质量的变化情况，具有较高的准确度和分辨率，不受桩长、桩径尺寸限制等优点，为混凝土缺陷引起桩身质量事故的处理提供可靠的依据。当然，对于桩身完整性的判断，还应结合施工地质情况、施工工艺状况等因素综合考虑，这样才能得出更加接近实际情况的判定结论

安徽省阜阳市建设工程质量检测站 236029）