声波透射法检测中灌注桩桩身混凝土缺陷的综合判定

2013-08-15黄彦荣

山东工业技术 2013年7期

黄彦荣

(银川市建设工程综合检测站，宁夏银川750001)

0 引言

桩基础的质量直接关系到整个建筑物（构筑物）的安全，也关系到人民的生命、财产安全。因此，桩基础工程的试验和质量检验尤为重要，设计前、施工中和施工后都要进行必要的试验和检验，能否检测到基桩的缺陷、如何测定缺陷的位置，并准确地对其进行评价成为基桩质量检测的一个核心问题。

1 综合判定的必要性

在灌注桩的声波透射法检测中，如何利用所检测的混凝土声参数去发现桩身混凝土缺陷、评价桩身混凝土质量从而判定桩的完整性类别是我们检测的最终目的，同时又是声学检测中的一个难题。其原因一方面是因为混凝土作为一种多种材料的集结体，声波在其中的传播过程是一个相当复杂的物理过程；另一方面，混凝土灌注桩的施工工艺复杂、难度大，混凝土的硬化环境和条件以及影响混凝土质量的其他各种因素远比上部结构复杂和难以预见，因此桩身混凝土质量的离散性和不确定性明显高于上部结构混凝土。另外，从测试角度看，在桩内进行声测时，各测点的测距及声祸合状况的不确定性也高于上部结构混凝土的声学测试，因此一般情况下桩的声测测量误差高于上部结构混凝土。

用于判断桩身混凝土缺陷的多个声学指标一声速、PSD、波幅、主频、实测波形各有特点，但均有不足。在实际应用时，既不能惟“声速论”，也不能不分主次将各种判据同等对待。声速与混凝土的弹性性质相关，波幅与混凝土的弹塑性相关，采用以声速、波幅判据为主的综合判定法对全面反映混凝土这种弹塑性材料的质量是合理的、科学的处理方法。

2 综合判定的方法

2.1 综合判定的基本步骤

综合分析往往贯彻于检测过程的始终，因为检测过程中本身就包含了综合分析的内容（例如对平测普查结果进行综合分析找出异常测点进行细测），而不是说在现场检测完成后才进行综合分析。现场检测与综合分析可按以下步骤：

1）采用平测法对桩的各检测剖面进行全面普查。

2）对各检测剖面的测试结果进行综合分析确定异常测点：

（1）采用概率法确定各检测剖面的声速临界值。

（2）如果某一检测剖面的声速临界值与其他剖面或同一工程的其他桩的临界值相差较大，则应分析原因，如果是因为该剖面的缺陷点很多声速离散太大则应参考其他桩的临界值；如果是因声测管的倾斜所至，则应进行管距修正，再重新计算声速临界值；如果声速的离散性不大，但临界值明显偏低，则应参考声速低限值判据。

（3）对低于临界值的测点或PSD判据中的可疑测点，如果其波幅值也明显偏低，则这样的测点可确定为异常点。

3）对各剖面的异常测点进行细测（加密测试）：

（1）采用加密平测相交叉斜测等方法验证平测普查对异常点的判断并确定桩身缺陷在该剖面的范围和投影边界。

（2）细测的主要目的是确定缺陷的边界，在加密平测和交叉斜测时，在缺陷的边界处，波幅较为敏感，会发生突变；声速和接收波形也会发生变化，应注意综合运用这些指标。

4）综合各个检测剖面细测的结果推断桩身缺陷的范围和程度。

5）在对缺陷的几何范围和程度做出推断后，对桩身完整性类别的判定可按各种类别桩的特征进行，但还需综合考察下列因素：桩的承载机理（摩擦型或端承型），桩的设计荷载要求，受荷状况（抗压、抗拔、抗水平力等），基础类型（单桩承台或群桩承台），缺陷出现的部位（桩上部、中部还是桩底）等等。

2.2 PSD-V-A法

相对于其他判据来说声速的测试值是最稳定的，可靠性也最高，而且测试值是有明确物理意义的量，与混凝土强度有一定的相关性，是进行综合判定的主要参数；波幅的测试值是一个相对比较量，本身没有明确的物理意义，其测试值受许多非缺陷因素的影响，测试值没有声速稳定，但它对桩身混凝土缺陷很敏感，是进行综合判定的另一重要参数；PSD判据实际上反映了测点间距、声波穿透距离、混凝土质量等因素之间的综合关系，这一关系随缺陷的性质和范围的不同而不同。综合声速、波幅和PSD三判据对基桩缺陷进行判断的方法称为PSD-V-A法。在实际应用中如何运用这3个参数去准确可靠地判断缺陷才是本方法的关键所在。

1）缺陷范围的推断

考察各剖面是否存在同一高程的缺陷。如果不存在同一高程的缺陷，则该缺陷在桩身横截面的分布范围不大，该缺陷的纵向尺寸将由缺陷在该剖面的投影的纵向尺寸确定。

如果存在同一高程的缺陷，则依据该缺陷在各个检测剖面的投影大致推断该缺陷的纵向尺寸和在桩身横截面上的位置和范围。

对桩身缺陷几何范围的推断是判定桩身完整性类别的一个重要依据，也是声波透射法检测混凝土灌注桩完整性的优点。

2）缺陷程度的推断

对缺陷程度的推断主要依据以下四个方面：缺陷处实测声速与正常混凝土声速（或平均声速）的偏离程度；缺陷处实测波幅与同一剖面内正常混凝土波幅（或平均波幅）的偏离程度；缺陷处的实测波形与正常混凝上测点处实测波形相比的畸变程度；缺陷处PSD判据的突变程度。

3 混凝土灌注桩的常见缺陷性质与声学参数的关系

（1）沉渣：沉渣是松散介质，其本身声速很低，对声波的衰减也相当剧烈，所以凡遇到沉渣，必然是声速和振幅均剧烈下降。通常在桩底出现这种情况。

（2）泥砂与水泥浆的混合物：这类缺陷多由浇注导管提升不当造成，若在桩身就是断桩；若在桩顶就是桩顶标高不够。其特点也是声速和振幅均明显下降。只不过出现在桩身时往往是突变，在桩顶是缓变。

（3）孔壁坍塌或泥团：声速与振幅均下降，但下降多少则视缺陷情况而定。如果是局部的泥团，并未包裹声测管，则下降的程度并不很大；如果泥团包裹声测管，则下降程度较大，特别是振幅的下降更为剧烈。一根声测管被泥团包裹将影响两个测试面。通过斜测可以分辨这些情况。

（4）混凝土离析：灌注桩容易发生混凝土离析。造成桩身某处粗骨科大量堆积，而相邻部位浆多骨料少的情况。粗骨料多的地方，由于粗骨料多，而粗骨料本身波速高，往往造成这些部位声速值并不低，有时反而有所提高。但由于粗骨料多，声学界面多，对声波的反射、散射加剧，接收信号削弱，于是波幅下降。至于粗骨料少而砂浆多的地方则正好相反：由于该处砂浆多，粗骨料少，测得的波速下降，但振幅测值不但不下降，有时还会高于附近测值。应采用波速和振幅两个参数进行综合的分析判断。

（5）气泡密集的混凝土：在灌注桩上部桩身有时因为混凝土浇注管提升过快有大量空气封在混凝土内。虽不一定造成孔洞，但可能形成大量气泡分布在混凝土内，使混凝土质量有所降低。这种混凝土内的分散气泡不会使波速明显降低，但却使声波能量明显衰减（散射），接收波能量明显下降，这是这类缺陷的特征。