浅谈超声波检测混凝土钻孔灌注桩

王 磊

钻孔灌注桩基础在桥梁、道路工程中应用比较广泛，它的施工工艺及技术发展也比较成熟，具有承载力大、稳定性好、沉降量小、受施工水位或地下水位高低的影响较小等优点。但因其属隐蔽工程，质量控制难度大，成桩质量受施工工艺、地质条件等因素影响较大，不可避免地容易出现诸如缩径、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，其中前三者在工程实践中已有丰富的经验，并为工程技术人员所熟知，笔者基于有关规定和平时从事钻孔灌注桩的超声波检测过程中积累的一些经验，作如下介绍。

一、钻孔灌注桩超声波检测简介

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。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这种材料，但价格较贵。钢质波纹管具有管壁薄、钢材省和抗渗、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。因此通常用于较小的灌注桩。

2.声测管的埋设要求

埋设时需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应不少于4根。另外，由于声场没有覆盖桩心，在中心位置形成一个盲区，测试结果有时不能真正反映桩身实际质量。

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，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，均采用焊接固定的方法，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，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，导管底部应用钢板或套管封住，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。

（3）一个标段内声测管采用同种材料统一型号的钢管，便于扣除零声时误差。

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均会导致其等级偏差。

4.声测管布置

对于桩直径为800mm的钻孔灌注桩，两根声测管最好沿直径方向布置，因为在浇混凝土时，混凝土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，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

一般来说，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%且不小于15MPa时方可进行测试。其步骤为：先进行基坑开挖，再破桩头，浇垫层，垫层干后可以进行检测。破桩头时声测管必须细心保护，如果风镐将声测管钻破，里面凸起，切割声测管后不用任何东西堵住管口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。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、检测工作的准备

1.检测人员的要求

检测人员上岗前必须进行培训，理解检测规范，熟悉使用仪器，了解钻孔灌注桩的制桩过程，遵守检测纪律。如遇到桩身缺陷情况应及时向单位技术负责人、甲方、设计、监理、施工等单位汇报，并采取进一步的检测措施以查明缺陷程度，供有关单位参考。

2.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。随着电子技术的高速发展，智能型数字声波仪逐渐走向成熟，可实时、动态显示波形，具有自动判读及数据信息处理功能，大大提高了现场工作效率。

换能器一般比较成熟可靠。但是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。

四、检测工作

1.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。

鉴定后需确定系统的零声时。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。前者在此不予详述，后者予以粗略介绍。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。

检测前施工单位需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。

2.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。

先用直尺量测两根声测管的外径距离（靠桩中心一侧），精确至厘米，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，检查换能器能否在声测管内自由升降，确信声测管畅通后方可正式检测。

发射、接收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，设置参数后开始测试，先将两换能器放至声测管底部，将采集状态置于“采样”，示意拉线人员拉起换能器，以便及时观测动态的波形变化，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。

3.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，检测结果通过简报形式报给有关单位，仪器也应妥善保管，注意防水防晒。

4.检测过程中常见问题

（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。如均无效，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。可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。拉出两探头，放在水中进行采样，如果未出现波形，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。

五、几种灌注桩质量检测方法的区别与联系性

钻孔灌注柱成桩后的检测方法目前比较成熟的有：静载荷试验、低应变、高应变、超声波检测。各种检测方法均有现成的规范可供参考，其目的和测试方法等都有详细叙述，在此只作粗略比较。

从检测目的上讲，静载荷试验主要是检测桩的极限承载力，或者检验承载力是否达到设计要求；低应变主要是测试桩身完整性；高应变主要是测试桩身完整性及极限承载力；超声波检测主要测试桩身混凝土的均匀性及桩身完整性。

承载力的测试应以静载荷试验为主、高应变为辅。桩身完整性应综合高应变与低应变结果，但应注意的是，对长度超过40m的桩，超过部分不宜采用低应变的检测结果，但二者都只能相对“定性”地判断，超声波检测是CT扫描式的，如果准备工作及检测过程正确，那么桩身任何部位混凝土的缺陷基本能够测出，当然超声波测试只针对两根管间的混凝土，至于桩的扩径则不能有效测出