声波透射法基桩检测的综合判读实例

2014-03-13马辉

城市地理 2014年22期

马辉

(江苏中基工程技术研究有限公司，江苏南通 226001)

1、引言

桩基施工是各种工程建设的重点，关乎到桥梁工程的性能，而桩基的缺陷、性能检测成为了影响桩基施工的关键。声波透射法是常见的桩基检测手段，通过向介质发射物理特性调制的声波，观察传播波形和声学参数的变化，来验证被测对象的内部结构、几何特征、宏观缺陷、力学性质等，进而达到桩基检测的目的。文章将基于实际的工程案例，分析声波透射法在桩基检测中的综合判读，为拓展相关的研究贡献一份力量。

2、声波透射法桩基检测的原理与数据分析

2.1 检测原理

声波透射法桩基检测的基本原理是超声脉冲发射源在混凝土内激发高频弹性脉冲波，然后记录和分析脉冲在混凝土桩基中的波动特征，当桩基中存在缺陷或破损，则缺陷面有波阻抗界面，产生波的反射和透射。由于桩基缺陷中的孔洞、蜂窝、松散等都会体现在声波的变化上，经过分析之后，就能判别桩基内部存在缺陷的部位、大小和性质，并且不受高度、剖面的限制。

2.2 数据分析

声波透射法运用的数据主要包括波幅A、时间T、声速C等，并研究实测的波形，分析桩基中缺陷的性质、位置、大小等，并评估桩基的强度。

2.3 桩基内部缺陷对声波波速的影响

声波透射法正是利用了桩基内部波形的变化特征来判断的，内部缺陷对声波波速的影响比较显著，当桩基构筑材料松散时，声速小于正常值，测点的声时偏大，声波就会直接穿过低声速材料或绕过缺陷分界面传播;当内部存在空洞时，如有水或空气，桩基材料和其他介质的阻抗特性相差明显，声能反射系数接近1，声波无法穿过混凝土/空气截面，会沿缺陷边缘传播，传播的路径增长，声时增加，声速就相应的减小。总而言之，无论是那种缺陷，声波都会相应的减小，判断也较为容易。

2.4 桩身完整性判读

在采用声波透射法检测桩基时，根据桩身的完整性，将其分为四类，一类桩基为完整型的，没有缺陷，无声速减小、剖面声学参数异常;二类桩基存在轻微缺陷，但对于结构无明显影响，也能发挥正常的承载能力，无声速减小异常，只有个别测点出现异常;三类桩基存在明显的缺陷，结构和承载能力都有明显削弱，局部声速明显减小，在多个测点声学参数异常;四类桩基缺陷严重，桩身混凝土普遍出现声速减小和声学参数异常。

3、检测程序

3.1 声测管的埋设

声测管的规格、材料需符合要求，上端加盖、下端封闭，管内无异物，连接处圆滑过渡，管口高度宜一致。声测管岩桩基周围均匀分布，管底和接头严格密封;声测管埋没至桩底，在下沉时，每下沉一节钢筋笼，需注入一次清水，当下沉完毕后，需保证管内注满清水，每4m左右测量声测管间距，并做好记录工作。此外，声测管应比检测面高30公分。

3.2 检测准备工作

检测准备工作包含四个方面，分别是声测管的贯通检测、明确检测的桩号、工程地质参数、桩基灌注28天后的强度，只有将这些技术指标和准备工作做到位之后，才能确保桩基检测工作顺利开展。

3.3 现场检测

现场检测依据检测计划进行，如核对桩号、仪器调试、参数设定、声测管注水、手测法将探头置于同一高程、发射与接收换能器同步升降、观察波形变化、参数分析等，现场检测除了要按照既定的作业程序执行之外，还对检测人员的专业技术水平有一定的要求，如基本的仪器维护操作技能、波形分析能力等，避免工作上的冲突或延误。

4、工程实例分析

4.1 工程地质与水文地质概况

本文研究的工程实例以南方某公路桥钻孔灌注桩480根为例，绝大部分采用声波透射法进行检测，工程地质与水文概况具体为:层淤泥，流塑状态，σ=40KPa;层粘土，软塑状态，σ=100KPa;层淤泥质黏土，流塑状态，σ=70KPa;层淤泥质粘土，流塑状态，σ=70KPa;层含卵石圆砾，中密，σ=350KPa;地下水对桩基混凝土不具有侵蚀性。

4.2 检测方法与过程

此大桥10#墩灌注的混凝土为C25等级，桩径为1.30m，长度为48m，采用声波透射法进行检测。预埋三根声测管，编号为A、B、C，分别对AB、AC、BC三个面进行检测。10－2号桩在距桩顶下3.8－5.5m处，声测检测AB、BC面声时，PSD、波幅均超出判据。在检测分析中，会受到其他因素的干扰导致误判，因而一般采用扇形测、斜测对桩基缺陷部位进行核验。扇形测过程中，需要注意探头的位置，如A管探头距桩顶大约3.8m时，B管探头在3.5m以上可以获取真实的声学参数;当A管探头距桩顶为5.4m左右时，B管探头在5.7m以下可取得真实的声学参数。斜测在B管探头进入缺陷处有异常声学参数，当提升至3.5m以上时，无论如何调整仪器，都不能取得正常的声测波形。此外，还有一种检测方式为平测，此处不做论述。

从检测后的数据分析可以知道，在桩顶下A管附近缺陷范围大概为4.3－5.0m;B管附近缺陷范围为3.7－5.5m。根据缺陷类型的判别，可以将此类缺陷归结到三类缺陷中，即桩基的缺陷比较严重。

4.3 综合判读分析

针对所检测的桩基信息进行收集，如桩基位置、地质条件、原始钻孔灌注记录等，在分析中发现钻孔和灌注都没有问题，也没有灌注不足的情况，灌注过程中无异常。然后采用声波透射法与低应变检测进行核验，低应变检测在3.7－5.5m处没有发现问题，判别为一类桩。为了减少误判，施工单位对10－2号桩进行开挖验核，在桩顶下3.7m处没有发现缺陷，而声测管B周有3cm厚的离析形成的砂土堆积物，一直延伸到5.5m处，此检测结果和声波透射法的检测结果吻合。据开挖验证后认为，在B声测管周3cm缺陷对桩基的承载能力和结构不足以产生很大的影响，仍能满足基本的使用功能，因而不需要进行修复，可以将此桩基归类到二类桩。开挖验证最为直观准确，也是最终的判定手段，判定10－2号桩3.7－5.5m声测管壁附近存在3cm厚离析，属合格桩。

4.4 原因分析

本文针对10－2号桩基检测进行分析，分别采用了声波透射法、低应变检测和开挖验证，声波检测和开挖验证的缺陷深度高度一致，但也存在一定程度上的误判，主要原因是在进行扇形测和斜测时，信号损失快，声测波幅减小，引起接收信号的畸变，导致声学参数异常。声波透射法判定为三类桩，而开挖验证判定为二类桩，属合格桩，可见存在一定程度误判。而低应变检测法判定为一类桩，没有发现其中明显的缺陷，误判更为严重。声波透射法检测效率较高，但仍然需要结合其他的先进技术，来提升其判定的效率。