声波透射法基桩完整性评判模式探讨

刘海涛，郑 东

（四川衡信公路工程试验检测有限公司，四川成都611130）

声波透射法基桩完整性评判模式探讨

刘海涛*，郑 东

（四川衡信公路工程试验检测有限公司，四川成都611130）

目前已被用于基桩混凝土内部缺陷判断的参量有声速、波幅和PSD，但是在工程实践中对Ⅱ类、Ⅲ类桩的分类一直是有争议性的问题。因此在对Ⅱ、Ⅲ类桩缺陷投影分析的基础上，从判别模式和判别标准上做了深入的剖析，保证了判定结果的统一性。

声波透射法；声速；波幅；PSD；缺陷投影

基桩声波透射法检测是超声检测技术的具体应用，是目前最主要的一种基桩完整性无损检测方法。基桩声波透射法检测与静载试验法、钻芯法、高低应变法等检测方法相比，具有现场操作方便快捷、无损、检测范围全面、测试结果直观、易于复检等多种优点。尤其是在大直径灌注桩中得到广泛应用。

基桩声波透射法检测的基本原理是利用超声波透射原理，在桩身混凝土内发射并接收超声波，通过实测超声波在混凝土介质中传播的历时、波幅、频率及波形等参数的相对变化来判断桩身完整性。如图1所示。

图1 声波透射法检测原理和传播路径

1 问题的提出

声波透射法是超声脉冲波穿过桩身混凝土后，被接收换能器所接收。该接收信号带有混凝土内部的许多信息，如何把这些信息离析出来，予以定量化，并建立这些声学参量与混凝土强度、内部缺陷和均匀性等物理指标的定量关系，是当前采用超声脉冲检测法的关键问题。目前已被用于灌注桩混凝土内部缺陷判断的参量有声速、波幅和PSD。但是在工程实践中判别模式和判别标准依然不易把握，从而造成同样的测试曲线，不同认知的人可能得出不同的评判结果。对Ⅱ类、Ⅲ类桩的分类一直是有争议性的问题。因此，如何做到判定结果的统一性，是我们需要解决的问题。

2 评判指标的离析和优劣敏感性分析

（1）声速判据。声速分析判断有2种方法：概率法和声速低限值法。概率法是一种相对比较法，它考察的只是某测点声速与所有测点声速平均值的偏离程度，在使用时，没有与声速绝对值相联系。鉴于此，规范增加了低限值异常判定，当各测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据。即实测混凝土声速值低于声速低限值时，直接判定为异常。

在施工现场的检测中，常常会遇到以下2种情况：第一种情况是由于声测管不平行而产生的。在混凝土灌注桩的施工过程中，由于种种原因造成声测管向外、向内或扭曲，使声测管不平行，两管间的距离不能确定。由于不平行声测管的介入，造成在平行声测管中测出异常点变成正常点。第二种情况是当各测点声速离散较大，用概率法判断存在异常测点，但异常点的声速在混凝土声速的正常取值范围内，不应判为桩身缺陷。通过这两种情况的分析，可以得出声时判据的不唯一性。所以在检测过程中不能过于依赖判据，应根据具体问题具体分析。

（2）波幅判据。波幅是超声脉冲穿过混凝土后的衰减程度的指标之一。首波波幅对缺陷的反应比声速更为敏感。当混凝土中存在低强度区，离析区以及存在夹泥、蜂窝等缺陷时，将产生吸收衰减和散射衰减，使接收波波幅明显下降。但波幅的测试值易受仪器设备、测距、耦合状态等许多非缺陷因素的影响。

（3）PSD判据。根据桩身某一检测剖面各测点的实测声时Tc（μs），及测点高程z（mm），可得到一个以Tc为变量，z为自变量的函数。Tc=f（z）。

图2 声速、波幅、PSD绘于同一坐标系

图3 基桩测试曲线图

当桩身完好时，f（z）应该是连续可导函数。当某剖面存在缺陷时，函数Tc=f（z）在该剖面就不可导。PSD判据实际上反映了测点间距、声波穿透距离、混凝土质量等因素的综合关系，这一关系随缺陷的性质和范围的不同而不同，表现为斜率的变化。如图2所示。

3 工程实例

以某桥梁基桩工程为例：工程地质概况：桥位处上覆粘土，下伏粉砂质泥岩及细砂岩。本次检测桩占所检桥基桩总数100%。基桩类型：钻孔灌注桩，成孔方式：旋挖成孔、冲击成孔，持力方式：端承式。混凝土强度为C30。测试方式：超声波跨孔透射法测试仪器：RSM-SY7型超声波仪。基桩测试曲线见图3。

根据该测试曲线判定为Ⅲ类桩是过于严格的。导致上述原因是缺陷投影面积与测试特征曲线并不是一一对应，经分析发现Ⅲ类桩的特征曲线并不一定都在水平面上的投影面积较大。当Ⅱ类桩缺陷位于声测管附近，也会出现Ⅲ类桩的特征曲线。见图4。

图4 Ⅱ、Ⅲ类桩身缺陷投影图

规范是先以Ⅲ类桩缺陷所具有的共同特征曲线为前提，所以当反过来用测试曲线判别桩是否为Ⅲ类桩这就需要谨慎分析。

4 进一步探讨的措施

通过应用实践，对Ⅱ、Ⅲ类桩的分类做了广泛的分析和探讨，认为问题的根源有3点：首先是在轻微缺陷和明显缺陷的界定是非量化的。要剖析哪些是充分条件，哪些是必要条件；这是导致检测结论容易出现争议和不确定性的根本原因；其次是超声波检测原理中声场的复杂性；再次是混凝土施工缺陷的复杂性和随机性。

因此还需在以上问题中进一步加强Ⅱ、Ⅲ类桩测试曲线和特征曲线的匹配性研究，在判别模式上指导实践应用。具体措施如下：加强分析单点波形首波的初始起跳和最短传播路径；对桩中心的测试盲区要谨慎区分；对两种相当的缺陷在综合评判时声速波幅判据在主次之分上要谨慎对待，防止相同测试曲线的干扰。

5 结语

（1）虽然用于桩身混凝土缺陷的有多个声学指标——声速、波幅、PSD，它们各有特点，但均有不足。在实际应用中，既不能唯声速论，也不能不分主次将各种判据同等对待。

（2）基于对基桩实测特征曲线的分析，采用交叉斜测法分析缺陷的投影尺寸，可以有效地判定桩身混凝土中缺陷的性质和位置。

[1]中国建筑科学研究院.JGJ106-2003建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]中华人民共和国交通部.JTG/T F81-01-2004公路工程基桩动测技术规程[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]李廷，徐振华，罗俊.基桩声波透射法检测数据评判体系研究[J].岩土力学，2010,31（10）：3165-3172.

[4]钟会生,郭大兵.声波透射法检测桩身质量的技术探讨[J].土工基础,2001,15(1)：18-38.

TU473.1

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1004-5716(2015)06-0196-03

2014-06-16

刘海涛（1980-），男（汉族），湖北荆州人，工程师，现从事公路工程技术检测技术工作。