声波透射法在检测桩基完整性中的应用研究

2016-06-06张建宁王宝辉景明成孙照玉林燕生甘肃智通科技工程检测咨询有限公司甘肃兰州730000

甘肃科技 2016年1期

关键词：完整性桩基

张建宁，王宝辉，景明成，孙照玉，林燕生（甘肃智通科技工程检测咨询有限公司，甘肃　兰州　730000）

声波透射法在检测桩基完整性中的应用研究

张建宁，王宝辉，景明成，孙照玉，林燕生
（甘肃智通科技工程检测咨询有限公司，甘肃兰州730000）

摘要：对超声波透射法桩基检测的原理、测试方法及步骤进行了详细阐述，并通过实际工程事例，详细分析了如何利用检测数据对桩身完整性进行判定，对相关工程有一定的借鉴意义和参考价值。

关键词：超声波透射法；桩基；完整性

1　概述

近些年来，随着国家对基础建设项目投入的不断增加，在各类工程结构中，桩基作为其重要组成部分和主要的基础形式被广泛应用起来[1]。

混凝土灌注桩基属于隐蔽性工程[2]，通常无法从外观上可以看到桩基质量的好坏。由于施工现场环境或者施工管理等因素的影响，成型后的桩基桩身可能存在缩颈、夹泥、孔洞等多重有害缺陷[3]。据统计，在混凝土灌注桩基施工过程中出现质量缺陷的概率甚至高达20%以上，这在很大程度上影响了桩身的完整性和单桩的承载能力[4，5]，严重影响着工程建设进度和结构物的安全。因此，混凝土灌注桩基的成桩质量检测己引起广泛关注，准确地发现桩基中存在的隐患及危害，方便、快捷地对桩基的缺陷开展有效检测及判断，对工程项目建设的安全有序进行有着极为重要的意义。

2　超声检测原理及方法

2.1超声检测原理

超声波是一种机械波，所以机械振动和波动是超声测试的物理基础，而且它又是弹性波测试方法中的一种，它的理论基础是固体介质中弹性波的传播理论。桩基声波透射法是在桩内预埋纵向声测管，管中充满水作为耦合剂，将超声脉冲发射探头和接收探头置于声测管中，由仪器发出周期性电脉冲，通过发射探头发射并穿透混凝土，被接收探头接收并转换成电信号。由仪器中测出超声脉冲穿过桩体所需时间、接收波幅值、接收脉冲主频率、接收波形及频谱等参数。然后由数据处理系统根据判断软件对接收信号的各种参数进行综合判断和分析，实现对桩基内部各种缺陷的性质、大小、位置作出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。

2.2声测管埋设及测试准备

2.2.1声测管埋设

当桩径不大于1500mm时，埋设三根管；当桩径大于1500mm时，埋设四根管（如图1所示）。

图1　测管布置图（注：图中阴影为声波的有效检测范围）

声测管采用金属管，其内径应比换能器外径大15mm，管的连接采用螺纹连接，且不漏水。声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼内侧，定位准确，并埋设至桩底，管口应高出桩顶面300mm以上，声测管之间应保持平行，否则对测试结果造成很大影响，甚至导致检测方法失效：声测管两两组合形成的每一个检测剖面。我们以桩顶面两声测管之间边缘距离作为该剖面所有测点的测距，在两声测管相互平行的条件下，这样处理是可行的。但两声测管不平行时，在实测过程中，检测人员往往把因测距的变化导致的声学参数的变化误认为是混凝土质量差别所致，而声参数对测距的变化都很敏感。这必将给检测数据的分析、结果的判定带来严重影响。

2.2.2检测前的准备

1）被检桩的混凝土龄期大于14d；2）声测管内灌满清水，且保持畅通；3）调查、收集待检工程及受检桩的相关技术资料和施工记录，比如桩的类型、尺寸、标高、施工工艺、地质状况、设计参数、桩身混凝土参数、施工过程及异常情况记录等信息；4）在放置换能器前，先用直径与换能器略同的圆钢作吊绳。检查声测管的通畅情况，以免换能器卡住后取不上来或换能器电缆被拉断，造成损失。有时，对局部漏浆或焊渣造成的阻塞可用钢筋导通；5）用钢卷尺测量桩顶面各声测管之间外壁净距离，作为相应的两声测管组成的检测剖面各测点测距，测试误差小于1%；6）测试时径向换能器宜配置扶正器，尤其是声测管内径明显大于换能器直径时，换能器的居中情况对首波波幅的检测值有明显影响。

2.2.3现场检测

1）平测普查(如图2所示)。将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合。将发、收换能器分别置于某一剖面的两声测管中，并放至桩的底部，保持相同标高。

自下而上将发、收换能器以相同的步长（一般不宜大于250mm）向上提升。每提升一次，进行一次测试，实时显示和记录测点的声波信号的时程曲线，读取声时、首波幅值和周期值。重点是声时和波幅，同时也要注意实测波形的变化；

图2　平测普查

图3　斜测细查

2）对可疑测点的细测（加密平测、斜测、扇形扫测，如图3所示）。通过对平测普查的数据分析，可以根据声时、波幅和主频等声学参数相对变化及实测波形的形态，找出可疑测点。

对可疑测点，先进行加密平测（换能器提升步长为10～20cm），核实可疑点的异常情况，并确定异常部位的纵向范围。再用斜测法对异常点缺陷的严重情况进行进一步的探测。斜测(如图3（a）所示)就是让发、收换能器保持一定的高程差，在声测管内以相同步长同步升降进行测试，而不是象平测那样让发、收换能器在检测过程中始终保持相同的高程。斜测又分为单向斜测和交叉斜测（如图3（b）所示）。由于径向换能器在铅垂面上存在指向性，因此，斜测时，收、发换能器中心连线与水平面的夹角不能太大，一般取30°～40°。