超声波透射法在基桩检测中的应用

周志国 中交一公局土木工程建筑研究院有限公司

1 前言

近些年来各种各样的高速公路和一级二级公路得到了进一步建设，超声透射法在这一过程中可以进行有效的基桩检测工作，文章从这一点出发，分析了相关工作内容。

2 基桩检测中超声透射法应用原理

由于中国经济的快速发展，国家高速公路、铁路、高层建筑等其他项目也在急剧增加，其中地下工程桩基是整个工程中的基础。静态桩基础具有良好的机械性能，对环境适应性强，桥梁桩基已广泛应用于这些项目。在一般情况下，桩基础工程是隐藏的地下工程，桩周土及桩之间的土壤很难精确控制，导致出现较多的桩质量问题，因此，检测工作是必要的。目前，中国桥梁桩基的完整性测试主要是无损检测，由于声波透射法广泛的覆盖率，信息量丰富，准确、可靠、简单的现场操作，进展迅速，已经广泛应用于实际工程中。应力波传播的一般规律是快，可在混凝土中传播。

2.1 声波透射法的基本原理

声波透射法检测桩基，第一，安装的声测管保持竖直平行，并且金属声测管中应灌满清水，传感器、提升装置和其他相关设备也应正确安装；第二，发射的超声波，可以穿透基桩混凝土，并且利用接收传感器检测到信号。因为有太多的孔洞或气泡在混凝土中，且这些洞也很不均匀，所以当超声波在穿透的过程中，可以发生不同程度的折射、衍射等，接收设备接收到超声波的振幅，波形变化，可以反应桩基的完整性。

2.2 声波透射法的现场检测步骤

通过提升装置可以对两根声测管中的换能器进行准确的提升、下降，达到同步升降的效果，换能器高度应一致，仪器对采集到的信号进行处理后，波形、波速、振幅、声时频率等声学参数呈现在主机上，根据曲线图像判定桩基的完整性。由于两根声测管只能反映出位于它俩之间的混凝土状况，故应对桩基的各两两声测管进行测试，以此反映桩基的完整性。若某一剖面出现异常，可通过加密测试相应异常位置，确定异常位置和面积，且同一根桩基的测试过程中，仪器的各相关参数应在检测中保持不变，以此保证该桩测试数据的一致性。

2.3 检测数据分析与判定

采用声波透射法进行桩基检测判定桩基的完整性时，可以根据检测结果及现场施工情况判定缺陷的类型及影响范围。第一，如果各剖面的声学参数和波形不存在异常点，可以判定此桩无缺陷；第二，如果波形或幅值有微小的变化存在，可以判定此桩存在微小缺陷；第三，如果幅值降低且同时声时增大，则此桩可能出现蜂窝、麻面等现象；第四，如果幅值、波速很低，波形很弱甚至接近一条直线，则此桩夹层严重甚至极有可能断桩。

3 超声透射法的具体应用

本文以某大桥为例，该桥址区属河流冲积阶地地貌，地形平坦、开阔，场地内多覆盖卵石层。桥位区地表未见有落水洞、岩溶塌陷等不良地质作用。钻孔揭示桥位区覆盖层主要为卵石层，整个场地均匀分布。基岩为中风化灰岩，厚层状，区域地质稳定性较好。桥位一带浅层岩溶较发育，其形态主要以溶洞及岩溶挂壁等为主，洞内一般部分充填卵石、黏性土及砂质等。根据附近桥位的水质分析结果，桥位区地下水及地表水具有微腐蚀。桥梁孔数29，下部结构为钻孔桩基础，全桥均为嵌岩桩，共计124根。主要桥台、桥墩桩长度10m～40m长不等，混凝土主要采用C30混凝土。在本文中，采用声波透射法对10#墩的4根桩基进行相应检测。

3.1 对声测管进行埋设

首先按照有关要求及相应规范标准，对4根桩安装相应的声测管，每根桩嵌入A、B、C三根声测管，声测管宜为金属制成的钢管，并使其成一个等边三角形，三个金属检测管之间的距离是68cm。金属声测管应采用钢筋直接绑扎在桩基底部，它的外径和内径分别为5cm和4.5cm，目的是确保换能器在金属声测管中可以正常移动。

3.2 第一次实施检测

根据声波传播的规定及相应的操作方法、程序和要求，本文分别对4根桩基进行测试，若得到以下结果，1根桩明显缺陷，其余3根桩是非常正常的情况下，其质量状况良好，后测定的属于I类和II类的桩基础在工程建设中它可以正常使用。有明显缺陷的桩基础，桩基范围内有明显的瑕疵，可能有明显的波形变化，振幅明显减少，通过加密测试，得知是桩基础的问题，此桩具有明显的缺陷。所以这个桩属于Ⅲ桩基桩，不能用于工程施工。

3.3 补强与第二次检测

当通过声波透射法检测的桩基出现问题后，涉及到的施工、设计、业主等各单位应该进行开会讨论，讨论此桩基出现问题的原因并给出解决方案。通常，可以现场取芯，查验芯样是否存在夹泥等现象。经测试后，如果在中心部分有明显的缺陷，混凝土出现夹泥、离析状态，这可以证明此桩符合前边的检测结果。因此，为了对工程负责，应凿除缺陷部分，若异常严重，则此桩应冲掉重灌。若此桩的中心部分没有明显缺陷，只是混凝土局部离析，则可与多方单位协商后，通过高压灌浆，加强混凝土的质量。当注浆完成后，可用超声波仪再次检测，且应对于出现异常的位置进行加密测试，如果发现通过注浆此桩的声速、幅值、波形等声学参数处于正常范围，可以判定此桩为Ⅱ类桩，质量合格，可以正常使用。

4 超声波检测桩基的注意事项

（1）每根金属声测管埋管之前必须确保互相平行对称，换能器探头可以自由在声测管中移动。声测管的布设根数是与桩基础的直径有关系的，当桩直径不大于800mm时，工程中一般布设2根金属声测管；当桩直径大于1600mm时，工程中一般布设4根金属声测管；当桩直径介于800mm～1600mm时，工程中一般布设3根金属声测管。此外，声波透射法测试桩基完整性时应两两声测管分别测试。

（2）超声检测桩基完整性时，混凝土龄期必须达到14d以上，检测之前应先破除桩头，破除后的桩头表面应光滑，如果有必要应将桩基周围土壤用水泥混凝土找平，破桩头时要注意保护绑扎在钢筋笼上的金属声测管，保证其不得落入混凝土渣等杂物。灌桩时应注意声测管内不得漏入水泥浆，保证声测管内通畅，若影响换能器探头放入声测管底部，则应进行相应处理。

（3）金属声测管与桩基下构的钢筋笼应加强捆绑，使其牢固地结合在一起，一般使用焊接或铁丝绑扎，金属声测管的位置、长度、直径及壁厚应满足设计规范和相关文件的要求，要特别注意金属声测管的内直径应大于超声波检测仪的探头外直径，以确保有足够的空间，使换能器探头可以顺利在声测管内部进行自由升降。

（4）超声波检测仪由主机、传感器、提升装置等组成，检测仪器应委托具备检定资质的单位进行检定，并出具合格的检定证书，且证书在有效期内。在正式测试之前，应先进行仪器调零设置，确认波形、波速、幅值、声时等声学参数准确正常。检测过程中，换能器应同步升降，高度一致。

（5）现场采集数据尽量一次获取波频特性，桥梁桩基检测应选取合适的采样频率，尽量降低频域和时域对所检桩基的影响，此外，还应考虑漏波及叠加波对所检桩基的影响。

5 超声波桩基检测技术的局限性

由于超声波检测仪只能检测到两两声测管之间的混凝土状况，对于扩径等缺陷检测结果不明显，具有一定的局限性，因此对于重点桥梁桩基还应配合低应变反射法检测桩端支撑状况，以此保证基桩承载力符合设计规范及地方相关要求。

6 结束语

了解钻孔灌注桩的施工方法和知识内容，会在一定程度上提高检测的准确性。在基桩施工过程中，检测人员应结合施工现场地质研究的主要特点和施工现场灌桩时的具体操作，对基桩进行科学的测试和检测，并对检测结果进行综合分析。