声波透射法在大直径混凝土灌注桩检测中应注意的问题.doc

声波透射法在大直径混凝土灌注桩检测中应注意的问题
摘要：本文介绍了声波透射法检测桩基的基本原理，对声波透射法检测技术在工程实践中的应用及检测数据的处理与判定进行了介绍和分析，并结合工程实例对大直径灌注桩检测可能出现的问题提出了解决的方法。
关键词：声波透射法，混凝土灌注桩，工程实例，桩身质量
中图分类号：tu37文献标识码：a 文章编号：
1. 引言
声波透射法检测，是根据超声波在混凝土等结构体的传播特征，对接收的超声波信号进行分析从而判断结构体缺陷的一种无损检测方法，广泛地应用在包括高层、超高层及大型桥梁等工程建设中。在各种类型的桩基形式中，以混凝土灌注桩的使用最为突出，尤其是大直径桩基几乎全部采用混凝土灌注桩。然而对于些大直径混凝土灌注桩随着测距跨度的增大，声波能量衰减大，指向性差的弱点日渐体现，目前对混凝土灌注桩的检测主要从两个方面进行，一是桩的承载力、二是桩身完整性。一般在设计无误的前提下，如果桩身完整性达到要求，桩的承载力一般都能达到要求，而承载力合格的桩，其完整性不一定能满足要求。因此，对于混凝土灌注桩来说，完整性检测显得尤为重要。目前常用低应变反射波法来检测桩基的完整性，但是反射波法激振能量小，对深部缺陷的反映不明显，而对浅部存在检测盲区。当桩径较大或桩较长时，一般采用预埋管超声波透射法来检测桩身混凝土的质量。如何准确地运用声波透射法检测桩基质量成为桩基行业内所关心的重要问题。本文通过工程实例对超声波检测在大直径桩检测应用应注意的问题作出一些探讨
2.声波透射法的基本原理[2]
声波透射法是超声仪发出超声波信号穿透混凝土桩，在桩的另一侧，通过接收换能器头将此超声波信号接收，声波信号在混凝土传播中发生绕射、折射、多次的反射及不同的吸收衰减，使穿透的声波信号在传播时间、声波的振幅、频响特征以及脉冲波的波形、波列的发生变化，根据这些变化即可对桩身混凝土是否完整、致密、缺陷是否存在及分布情况作出判断。其中声速、波幅为检测分析的重要指标量。
图1 声波透射法检测示意图
3. 声参量判断桩身混凝土质量的机理
(1)由声速或声时判断桩身混凝土质量
由超声波所穿透的混凝土厚度、超声波脉冲发出和到达的时间，即可算出在混凝土中传播的声速 ，然后，根据声速可直接判断桩身混凝土的质量。混凝土愈密实，声时愈小，相应的声速v 愈大；相反，混凝土愈松散，或声波脉冲路径中有孔洞、裂缝、夹泥或离析等，则声时会增大，相应的声速就会减小。
(2)由接收波首波波幅判断桩身混凝土质量根据声波衰减的原因，当混凝土中存在低强区、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以及扩散衰减，使接收波幅明显降低，从而在缺陷背后形成一个声阴影。
(3)由接受波主频率判断桩身混凝土质量超声波是复频波，具有多种频率成分，当它穿过混凝土后，高频部分比低频部分衰减严重。所以当发射波遇到缺陷时，接收波主频率会明显降低。
4.工程实例分析
4.1 工程概况
珠江新城某项目工程位于珠江新城，建筑桩基设计安全等级为甲级，基础形式为(挖孔)桩与筏板基础相结合的形式, 其中桩基础要求持力层为微风化岩层，桩径有φ1200、φ1400、φ1600、φ1800、φ2000、φ2200、φ2400、φ2600、φ4000、φ4400及φ4600,,桩身混凝土标号是c40，本基础灌注桩总桩数117根，超声波检测数量为85根。
4.2 声测管埋设
(1) 安装声测管
对需进行超声波检测的混凝土桩应预埋声测管，参照中华人民工程国行业标准《建筑基桩检测技术规范》（jgj106-2003）的相关规定，当d≤800mm时，应埋置2根声测管；当800mm＜d≤2000mm时，声测管不得少于3根；当d＞2000mm时，声测管不得少于4根（d为桩径），由于根据本工程实际情况，由于大跨度检测时声波衰减快，波形不稳定容易难以区分正常波形和缺陷波形，故本工程声测管埋设位置见下图。
d≤800mm800mm＜d≤2000mm 2000mm＜d＜3000mm 3000mm≤d≤4600mm
4.3 检测结果
按声波透射法的检测方案，由于施工工期紧。我们在桩混凝土龄期为7天的时候对1号桩及23号桩做了超声波检测，其中1号桩0～2.0 m段，13剖面混凝土波速偏
低，波幅衰减严重。23号桩2.0～4.0 m段，13剖面波速偏低，波幅衰减严重（如下图所示），显然存在一定的缺陷，但施工方反应在混凝土浇筑过程中并未异常情况，为了避免误判在混凝土龄期达到14天的时候我们对这两根桩从新做了检测并采用了低频率换能器。所检测的桩波形一致性较好，波速有所提高，波形稳定。分析该桩并不存在陷，从而避免了一次误判，该桩得以顺利验收。

1号桩声速声幅曲线及实测波形图 1号桩声速声幅曲线及实测波形图
（7天龄期）（14天龄期）

23号桩声速声幅曲线及实测波形图23号桩声速声幅曲线及实测波形图
（7天龄期） （14天龄期）
5 结 论
a. 工程检测结果表明，在大直径混凝土桩的超声波检测中，应考虑龄期的影响，由于大直径混凝土灌注桩随着测距跨度的增大，声波能量衰减大，波幅值差异性很大，而声速受外界因素影响较小，且变化规律性较强，在一定程度上反映了传播介质的物性，如均匀性、变异性。因而在大直径桩超声波检测中，应把声速值的变化作为一个关键的评判依据。
b．为保证检测的精度，应在满足接收信号幅度及波形稳定的前提下，尽量选用频率较低的换能器。
c．使用的仪器类型和换能器等条件的局限，部分数据及结论难免带有局限性，桩基检测应他辅助检测技术，来综合判断异常的性质，使判断结论更符合实际。
d．工程实践中，若发现异常情况应结合工程地质资料及灌注记录，准确分析声学参数特征及分布规律，综合评判，降低工程风险、减少工程损失及不必要的处理。
参考文献：
[1] 鲁传恒. 基桩声波透射法比对检测试验结果的分析和启示. 质量检测，2007，6：7～10.
[2] 刘兴录.桩基工程与动测技术200问[m].北京：中国建筑工业出版社，2000.
[3] 行业标准，jgj106-2003，建筑基桩检测技术规范[s]. 北京：中国建筑工业出版社，2000.
[4] 超距离声波透射法在大直径无.山西建筑，2007，33(22):20-21.
[5] 韩小敏.声波透射法在基桩质量检测中的应用研究[d].2007.
[6] 周佳光，桩基缺陷检测中应该注意的几个问题,公路交通技术，2005，78-81.
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。