超声波透射法在桩基检测中的应用 (1).pdf

：6 12023年9 月质量控制与检测江西建材超声波透射法在桩基检测中的应用翁剑辉福建省建研工程检测有限公司，福建福州350108摘要：建筑的桩基质量直接影响建筑物的安全性和稳定性。文中以某住宅小区工程为例，探究超声波透射法在桩基检测中的应用，基于该工程的实际情况，从检测方法、检测设备和检测判据三方面提出了超声波透射法检测的设计方案，并详细分析了工程中的完整桩和缺陷桩，以期为其他桩基检测项目提供有效参考。关键词：桩基检测；超声波透射法；缺陷桩中图分类号：TU74文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 8 90（2 0 2 3）0 9-0 0 6 1-0 3Application of Ultrasonic Transmission Method inPile Foundation DetectionWeng JianhuiFujian Jianyan Engineering Testing Co.Ltd.,Fuzhou,Fujian 350108Abstract:The quality of pile foundations in construction projects directly affects the safety and stability of buildings.Taking a residentialcommunity project as an example,this article explores the application of ultrasonic transmission method in pile foundation detection.Basedon the actual situation of the project,a design scheme for ultrasonic transmission method detection is proposed from three aspects:detectionmethod,detection equipment,and detection criteria.A detailed analysis of complete and defective piles in the project is also presented,Toprovide effective reference for other pile foundation testing projects.Key words:Pile foundation testing;Ultrasonic transmission method;Defective pile0引言通过桩基检测，相关人员可得到桩身材料密实性、连续性和桩身截面尺寸相对变化的综合定性指标等数据，为后续的质量控制环节提供参考。桩基检测的方式主要有低应变法、钻芯法、高应变法和声波透射法。其中，钻芯法为有损技术，会破坏桩身的完整性，而低应变法和高应变法在检测钻孔灌注时具有一定的局限性，可能会降低检测结果的精准性，发生误判或漏判等问题。综合来看，超声波透射法的适用范围更广、准确度更高。1工程概况本文以某住宅小区工程为例，该小区以高层建筑为主，建筑物楼层为1 5层，同时设置2 层地下室，结构形式为框剪结构，该建筑工程重要性等级是一级，岩土工程勘察等级为甲级，桩基均采用人工挖孔灌注桩建设，总桩数为1 48 根，桩径为900mm，桩身混凝土的强度等级为C35。该工程的场地复杂程度较高，地基承载力较差，实地检测地基土剪切波速得到的结果在8 9.2 0 94.50 m/s内。施工时桩基完整性易受损，易出现塌孔或缩径等问题，故需进行桩基质量检测。该工程主要采用超声波透射法分析桩基完整性，相关人员应当基于检测数据采取相应的处理措施。2地质条件该工程的施工区域地势较低且平坦，地质构造较复杂，为作者简介：翁剑辉（1 996-），男，福建福清人，本科，助理工程师，主要研究方向为工程检测。淤泥质基坑，各岩土层的厚度与分布情况差异性较大。该场地的地层主要包括杂填土层、淤泥层、粉质黏土、细砂、圆砾、全风化板岩、强风化板岩和中风化板岩。杂填土层平均厚度为8.34m，均匀性较差，碎石和碎砖含量超过1/4；淤泥层厚约2.72m，成分为黏土质；粉质黏土层厚约2.1 6 m，为网纹状结构，干强度与韧性均中等；细砂层主要分布在场地西北侧，成分主要为细砂质；圆砾层厚约3.8 0 m，约有6 5%的颗粒直径大于2 mm；全风化板岩层厚约4.7 4m，岩芯多为块状或土状，破碎程度较高；强风化板岩层厚约等同于强风化板岩，岩体基本质量等级分类为V级，RQD值较差；中风化板岩层的岩体基本质量等级分类也为V级，岩芯较为破碎。3走超声波透射法检测方案3.1检测方法超声波透射法包括桩内单孔透射法、桩外孔透射法和桩内跨孔透射法。应用桩内单孔透射法时，需留出一条孔道并放置换能器，但该方法不适用于内部包含金属结构的桩基 ；应用桩外孔透射法时，需在桩外土层另钻检测通道，以保证超声波在土壤中信号的传输速度，通过分析超声波在土层中的衰减速率等指标判断桩基是否存在夹层、断桩等缺陷，这种方法更适用于短桩检测，桩长超标时会影响声波传输的稳定性和速度；应用桩内跨孔透射法时，在桩基内埋设两根及以上的声测管并放人换能器，然后在基桩内灌人清水，通过分析超声波的波形频率和形状变化确定桩基缺陷。根据检测结果，可将桩基分为四类，桩身完整的为I类；桩身有轻微缺陷，但不会影响桩身结构承载力的为类；桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有：6 22023年9 月江西建材质量控制与检测影响的为类；桩身存在严重缺陷的为IV类。3.2检测设备该检测项目所需的相关设备主要有超声波检测仪、换能器和声测管等。超声波检测仪的作用是发射电脉冲信号来激发换能器，同时能接收由接收换能器发出的信号，直观地展示数据变化，该工程使用ZBL-U520超声波检测，其声时精度为0.05s，幅度分辨率为0.3 9%。换能器有接收与发射两种，分别用于超声波信号的接收和发射，选择设备时，要求其有效工作段长度不得超过1 50 mm，谐振频率在3 0 50 kHz内，设置的系统宽度为1 2 50 kHz，采样间隔在0.5s以下，保证测量误差在3%以内 2 。该工程使用的换能器传输频率参数为6 0 kHz，频率长度取2 0 0 mm。声测管本质是换能器升降的通道，本工程选用钢管作为声测管材料，要求管壁厚度较小，管口比桩顶高约3 0 0 50 0 mm，管内灌注的清水压力保持在1 MPa左右，避免出现漏水问题。3.3检测判据3.3.1波速与波幅判据声速与波幅是分析桩基混凝土质量的重要参数，当超声波在桩基传播过程中遇到空洞、夹泥界面等问题时，超声波的传播能量会发生相应改变，一部分会被直接反射，另一部分则会被透射与绕射，改变后的超声波通过后期处理，得到的声学参数直观地展示波动情况。其中，声速与波幅的异常峰值对应桩基中的缺陷位置 3 。声速和波幅具有关联性，为降低缺陷判断的干扰性，需对声速和波幅进行关系构建，基于概率模型和数据统计理论，将二者量化处理，最终得到的相关系数公式如式(1)所示。之(x-x)(y-)(1)之(x-)*之(-7)式中，x为声速（m/s）,y 为波幅（m），r 为声速与波幅的相关系数。3.3.2PSD判据PSD值是指声时-深度曲线相邻两点的斜率与相邻时差值的乘积，判断原理是：若桩身剖面存在缺陷，处于缺陷与其他混凝土交界处的声介质性质会出现突变现象，导致声时发生变化。因此，可结合波幅变化情况观察PSD值，产生突变的位置可判定为异常点，对声时具有指数放大作用，能够有效降低非缺陷因素的误判影响。应用PSD数据时，需采用斜率法作为辅助异常判据，其计算公式如式（2）式（4）所示。PSD=Kgt(2)K=la-ta-(3)Ze-Zea-1At=te-tai-1（4)式中，PSD是声时-深度曲线上相邻两点连线的斜率与声时差的乘积（m/m），K 为斜率系数，表示临界判据值，4t为声时值（s）,t e c 为第i测点声时（us），t e i-1 为第i-1测点声时（s）,Zc 为第i测点深度（m）,Zc i-i 为第i-1测点深度（m）。但在实际检测中，可能会出现声速与波幅判据相互矛盾的情况，因此，需改进PSD判据，提高检测结果的准确度，其计算方法如式（5）所示K.VmV-VLLPSDxgxm(5)K,AmA.-A1m式中，V为第i个测速点得到的声速（m/s），V m 是声速平均值（m/s），A m 是超声波波幅平均值（m），A,为第i个测速点得到的超声波波幅（m）,K、K,分别为缺陷桩与完好桩的判据系数，g为斜率系数。4超声波透射法的技术应用4.1现场检测4.1.1声测管的埋设当受检桩的混凝土强度达到设计强度的7 0%且不低于15MPa时，可应用超声波透射法。检测时，首先埋设好声测管。由于该工程的桩径为90 0 mm，因此，检测桩内要埋设3 根声测管，外径为55mm，内径为50 mm，三根声测管以等边三角形的形式进行安装，要求所有声测管的间距保持一致，还要与钢筋笼内壁贴合。安装测管时，要沿桩身进行通长设计，封闭好管的下端 4，通过牢固的焊接避免跑浆混凝土混人的问题，安装好的声测管均应处于平行状态。管内换能器与测点的距离应控制在1 0 0 mm以内。4.1.2检测要求要在声测管内加入足量的清水，同时保证声测管的通畅性。平测时，换能器流程与深度要保持一致；斜测时，二者则要存在一定的高度差，换能器连线与水平间的角度在40 如果在监测过程中出现异常信号、发现可疑部位，可采用扇测等方式进行重复检测，同时加密测点，保证检测结果的精准性，有利于及时锁定缺陷部位的范围或位置 5。该工程在检测时主要采取平测法，顺序为从下至上，从底部开始移动，直到达到设计桩顶标高的位置，每次移动的步长为1 0 cm，相关人员仔细检查，保证检测截面声波发射电压、仪器参数等数据的一致性。4.2检测分析4.2.1完整桩抽检该工程中的5根桩基，所得检测数据如表1 所示。分析其中1 号桩基的声测管数据，包括曲线和波形图 6 ，发现在桩长范围内，其声速的最大值为4.6 6 7，最小值为4.0 0 3，平均值为4.43 7，其标准差为0.0 6 9，基于上述数据可以得出，该桩体中超声波传播的声速较为稳定，完整性较高，得到的波幅值为0.986，证明其PSD曲线未发生明显变化，波形较为均匀，能够判断1#号桩基材质的完整度与均匀性较高，不存在质量问题。表1桩身声波透射法检测结果汇总表桩号桩径/mm设计桩顶标高/m桩顶标高/m桩顶标高下桩长/m检测剖面桩深/m桩身完整性评价A-B38.081#9006.206.2038.08A-C38.08完整B-C38.08A-B38.495#9005.905.9038.49A-C38.49完整B-C38.49.63上接第6 0 页）2023年9 月江西建材质量控制与检测（续表）桩号桩径/mm设计桩顶标高/m桩顶标高/m桩顶标高下桩长/m检测剖面桩深/m桩身完整性评价A-B38.339004.754.7538.33A-C38.33完整B-C38.33A-B38.0524900.5.905.9038.05A-C38.05完整B-C38.05A-B38.0647*9006.206.2038.06A-C38.06完整B-C38.064.2.2缺陷桩检测时，发现1 2 桩为缺陷桩，1 2 桩的AB剖面在桩深度8.0 9.0 m区域内的声波PSD明显大幅增加，其最大值已达到40 0，由此可判断此处存在明显的空洞问题，而其他位置的PSD值则为O，说明剩余部分无空洞。AC剖面的PSD值也在8.0 9.0 m区域内有所增加，最大值为2 50，可判断该处也存在一定缺陷，但损坏程度比AB剖面更低，初步判定该处存在强度不足或混凝土缩径问题，BC剖面的PSD值为0，可知该面无质量问题。综合分析，桩基8.0 9.0 m范围内的AB剖面和AC剖面处存在突出的质量问题。此外，在测试声波速度时发现，AB剖面在8.0 9.0 m区域内声速明显降低，最低值为110m/s，A C剖面最低值则为2 0 0 0 m/s，其他位置的平均速度在40005000m/s内，进一步证明了1 2#桩为缺陷桩，且缺陷位置在桩身8.0 9.0 m内。5结语综上所述，超声波透射法具有检测细致、覆盖面广的应用优势，检测时不会出现其他检测方法中的检测盲区，对较小范表3本文控制方法应用下水稳层施工平整度与横坡度本文控制方法应用下实测值设计值桩号平整度/mm横坡度1%平整度/mm横坡度/%K42+4001.9561.48K42+5001.9891.49K42+6001.9651.482.01.50K42+7001.9481.51K42+8001.9681.50K42+9001.9841.51由表3 可知，应用本文控制方法，各个桩号位置上的横坡度与设计值相比相差不超过0.0 2%，平整度与设计值相比不超过0.1 0 0 mm。由此可知，本文提出的控制方法在实际应用中，可实现对水稳层施工摊铺平整度和横坡度的控制。综合上述实例应用得到的结果表明，本文提出的智能控制方法可实现对市政道路工程水稳层施工质量的有效控制，将平整度、横坡度、摊铺厚度和纵断高程控制在标准范围内，确保水稳层施工质量符合设计要求，促进水稳层施工水平的提升。4结语本文针对市政道路工程在水稳层上开展施工时存在的质量问题，提出了一种全新的智能控制方法。通过实例证明，本围的缺陷较为敏感，可准确判断桩基在深度方向上的缺陷位置和径向范围，不会受到场地与桩长的限制。应用时，要将声测管埋设到位，同时依照检测要求进行操作，在明确超声波透射法的使用原理、检测判据的基础上，充分发挥其应用价值。参考文献1】马东亚.上海地区某高层建筑桩基设计研究【J】.结构工程师，2021,37(3):229-234.2苟阳，付欣.随钻声波发射换能器宽频阻抗匹配设计及实验J：仪器仪表学报，2 0 2 2，43（3）：1 8 6-1 93.3寇文，段春强，刘毅，等.房屋建筑桩基工程施工质量检测技术研究J.粘接，2 0 2 1，48（1 2）：1 55-1 57，1 8 2.4邹兰林，叶知秋.小波分析结合神经网络的桩基缺陷检测【J。无损检测，2 0 2 2，44（7）：50-54.5周武.超声波透射法在建筑桩基缺陷检测中的应用J，科学技术创新，2 0 2 1（2 6）：1 59-1 6 3.6许颜，李松然，刘献科.超声波技术在桩基完整性检测中的应用研究J】.建筑技术开发，2 0 2 0，47（4）：1 55-1 56.文提出的控制方法应用在市政道路工程中可有效促进水稳层施工质量的提升。在实际开展水稳层的施工中，应当注重施工设备的姿态校正问题，确保实际施工尺寸与设计施工尺寸的偏差控制在规定范围内。在后续研究中，也将从智能控制方法对施工设备的校正问题进行智能化控制研究，并不断提升控制设备的应用性能，从而促进市政道路工程整体施工智能化水平的提升。参考文献1】侯延香，杨森，李永福，等.基于DEMATEL-ISM模型的装配式装修施工质量控制研究J.项目管理技术，2 0 2 3，2 1（9）：33-38.2周永成，张齐齐，张宝，等装配式混凝土结构施工现场连接技术与质量控制研究J安徽建筑，2 0 2 3，3 0（9）：99-1 0 1，1 1 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