钻孔灌注桩超声波检测.doc

钻孔灌注桩超声波检测工作经验
　　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。
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。
1　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
埋若干根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。将两探头
以某等量(如25 cm ) 的移动步距同时向上逐步提
升直至桩顶, 并测读声时和首波波幅。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, 通过曲线可判断
桩身混凝土均匀性, 缺陷部位及缺陷性质。
检测工作依据的行业标准有地质矿产部及建
设部颁布的《基桩低应变动力检测规程》JGJ.T
93—95、铁道部《铁路工程基桩无损检测规程》TB
10218—99; 上海市标准有《钻孔灌注桩动力测试
技术规程》DGJ 08—218—96; 还有其他部委的标
准, 但内容基本一致。笔者工作中以地矿部与上海
市两个标准为依据。
2　测前准备工作
准备工作由钻孔灌注桩的施工单位负责。
2. 1　声测管的埋设根数
声测管埋设时, 必须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。在共和新路高架
工程中, 桩的直径除少数几根外均为800 mm , 按
照规范埋设2 根即可, 但有时设计则要求埋设3
根。从实际经验上看, 3 根声测管之间不容易保证
互相平行, 测管距离小, 从而引起较大误差。另外,
由于声场没有覆盖桩心, 测试结果有时并不能真
实反应桩身实际质量。
2. 2　声测管的绑扎与埋设
声测管一般与钢筋笼上的主筋绑扎在一起。
检测实践中, 发现主要有以下几种常见问题。
( 1) 有的施工人员用电焊方式把二者焊牢,
如果声测管管壁薄容易导致声测管焊透, 管内出
现凸起。换能器要么放不到底, 要么往下放时凭借
重力落下去却不能顺利拉起来。建议每隔3m 用
粗铅丝绑扎一道, 管口接头处与主筋点焊。
(2) 共和新路高架工程的钻孔灌注桩一般桩
长在50 m 以上。声测管一般用铸铁管, 市场上的
产品为一根9 m , 而一根桩的声测管必须由6 根
或更多的9 m 声测管接起来。管与管的接头部位
如果焊接太透, 或者管壁太薄, 使导管内部凸起,
也会引起换能器下放时凭借重力, 上来却不能拉
起来的情况发生。
( 3) 导管底部必须应用钢板或者用套管封
住, 但有的施工人员图省事将底部砸扁焊一道, 这
样也极有可能导致换能器提不起来。
( 4) 认为声测管是测量深度的, 不大注意导
管埋设平行问题。声测管必须平行是因为声测过
程中以露出桩头两根声测管的距离作为一个定
值, 桩身内部混凝土波速均以该距离除以两管间
的声时得出。容易看出, 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都会导致其等级偏差。
( 5) 另外, 一个标段内声测管最好采用统一
型号的钢管, 便于扣除零声时中的误差。
2. 3　声测管的布置
对于桩直径为800 mm 的钻孔灌注桩, 2 根
声测管最好沿直径方向布置。因为在浇灌混凝土
时, 混凝土是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, 通过声测发现某一段有缺陷
的混凝土桩再用高应变测试, 二者确实互相印证。
这说明通过声测基本可以判定桩身混凝土的某些
缺陷。
2. 4　破桩头后声测管的保护
一般来说成桩后28 d 即可进行检测。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, 或者雨天基坑积水较深而使泥浆灌入声测
管内, 都会使探头不能顺利放到底, 从而影响声测
工作的正常进行。所以施工人员在破除桩头时要
特别小心, 并采取相应措施。
3　检测工作的准备
3. 1　检测人员要求
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,
检测纪律等等。如遇到桩有缺陷情况应及时向单
位技术负责人、甲方、设计、监理、施工等有关单位
汇报, 并建议采取进一步的检测措施查明缺陷程
度供有关单位参考。
3. 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。数
据采集设备现在国内生产比较成熟, 使用者可根
据实际要求选购。
换能器(俗称发射探头及接收探头) 的生产厂
家也较多, 一般都比较成熟可靠。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, 其
重量也是需考虑的因素。应该选择比较重一点的
探头, 在换能器提升过程中波形稳定比较快。
换能器电缆上的刻度标记生产厂家在产品出
厂时一般用油漆涂点, 笔者在使用一段不长的时
间后, 发现油漆很容易磨掉, 导致测量位置模糊不
清, 有时不能使发射及接收换能器始终保持同一
高度。因此, 我们使用了一种有弹性的黄色电气绝
缘胶带(3M 牌) 缠在电缆上, 每隔25 cm 缠一道,
每隔整10 m 处分别用红颜色的胶带作标记, 以
便核对高度, 保证测量位置即桩身相应位置。
4　检测工作
4. 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
量单位进行率定, 率定合格后方可使用。
率定后在具体工程检测前, 必须确定仪器的
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 个数据取其平均值作为零声时,
这种方法的好处是将仪器本身的误差(厂家给定)
包括在内。如笔者所用仪器, 经确定为32 Lm, 直
接输入仪器即可, 一个工程标段如声测管是同一
型号的则不用更改。
在检测前要求施工单位配合将声测管管口焊
割齐平, 两管管口基本等高, 大约在破除好的桩顶
之上10 cm , 管口焊渣清理干净, 灌满清水, 现场
应备有220 V 电源。声波检测仪可使用内置电源
(应充电) , 也可以使用交流电源, 但要保证交流电
稳定以免仪器受损。
4. 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2 根声测管的外径距离(靠桩
中心一侧) , 精确至cm , 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(与检测
2003 年第3 期　　　　　　　　　　夏启星: 钻孔灌注桩超声波检测工作经验99
用探头直径、重量大致相同) 试放, 检查换能器是
否能在声测管内自由升降。确信声测管畅通后方
可进行正式检测。
管口处以及电缆线与钢筋接触处要用软布垫
好, 防止钢筋或管口将电缆线磨坏。放换能器时需
同时缓慢放下, 切忌任其自由落下, 否则电缆线容
易搅在一起, 或者换能器冲下去却拉不起来。拉升
换能器时我们有一个小技巧: 用一个周转箱, 检测
时可以把它放在钢筋外, 2 根电缆线从管口处穿
过钢筋平放于箱边上。开始拉升前, 必须将2 根电
缆线的同一长度标记对齐握在一只手上, 拉升时
以箱子某一边为基准点, 拉线人员大致坐于两管
连线的中垂线上, 每拉一次使电缆线上缠的胶带
点对准箱子边框, 电缆线自然堆放于胸前, 一直至
该桩检测结束。测同一承台其他桩时, 将2 个换能
器放入其他桩的2 根声测管, 拉绳人员理顺电缆
线让其缓慢滑下即可。
数据采集。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
开始正式测试工作。先将两换能器放至声测管底
部, 由下而上每隔20～ 40 cm 测一点。将采集状态
置于“采样”, 示意拉线人员拉起换能器, 这样做的
好处是可以看到动态的波形变化, 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。
所有要求试桩结束后, 整理仪器及换能器。电
缆线接口应保护好, 可用软布外加一个塑料袋包
扎起来防止接口进水或被污泥弄脏。
4. 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。检测结果通过简报的形式报
给有关单位。仪器也应妥善保管, 注意防水防晒。
4. 4　检测过程中常见问题及处理办法
( 1) 探头卡住　当卡住不太严重时, 拉住电
缆线轻轻上下抖动, 待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。有时这两个办法都不
奏效, 可试用8 mm 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　这时可检查是否断电或电缆
被压住, 若声时很大, 该位置出现夹泥、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　无意之中换能器碰撞声测
管内壁或其他硬物导致裂痕进水。
( 4) 放大器出现故障　将两探头拉出来, 放
在水中进行采样, 如果没有波出现, 基本判断放大
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, 反之为仪器出现故障。
5　几种灌注桩质量检测方法的区别与联系
钻孔灌注桩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、
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可以达到设
计要求; 低应变主要测试桩身完整性, 比如桩的扩
径、缩径、夹泥等缺陷; 高应变主要测试桩身完整
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试验为主, 高应变为
辅。桩身完整性应综合高应变与小应变结果, 但应
注意的是: 对于长度超过40 m 的桩, 超过部分不
宜采用小应变的结果。但二者都只能相对“定性”
地判定。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。
参考文献
1　上海勘测设计研究院. 共和新路高架工程钻孔灌注桩
超声波检测资料, 2001206～ 2002207