超声波检测桥梁桩基

关键词
! 前言
钻孔灌注桩是高层建筑、 桥梁等工程结构常用 的基桩形式， 其质量直接影响上部结构的安全， 由于 钻孔灌注桩的特定施工条件， 在混凝土灌注过程中 易产生夹泥、 缩颈、 空洞、 断桩等缺陷。从一些模拟 实验和大量工程实测结果来看， 采用超声波透射法 检测钻孔灌注桩混凝土缺陷是一种较为有效的方法。
"#$% 8 图; 严重不完整桩的实测曲线
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杨世如： 超声波透射法在钻孔灌注桩检测中的应用
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波形不规则， 两个以上检测剖面连续多 !类桩： 个测点声学参数严重超临界值异常， 缺陷的截面分 布超过桩的总横截面的 !"# ， 为严重不完整桩。典 型曲线如图 $ 所示。 图 $ 为一根桩径为 "%"""&&、 有效桩长为 ’( ) 桩身预埋三根声测管的钻孔灌注桩的超声波实 !&、 测曲线， 三个剖面均有两处明显波动， 该桩完好部位 首波半波宽约为 " ) *， 平均波速约为 + ) ’",& - .； 桩深 波速降低为 ( ) %",& + ) ( / + ) $& 首波半波宽达 % ) "， 桩深 ’" ) " / ’( ) !& 首波半波宽达 % ) %， 波速降低为 .， 经斜测， 推定为深 + ) ( / + ) $& 南侧约 % - ( ’ ) ’+,& - .， 截面混凝土明显蜂窝夹泥， 深 ’" ) " / ’( ) !& 混凝土 严重蜂窝夹泥。为严重不完整桩。
管的布置标入图纸。声测管材质的选择以透声率最 大及便于安装、 费用低廉为原则。一般可采用钢管、 塑料管和波纹管等， 目前使用最多的是钢管。 声测管的埋设数量应根据桩径的大小来确定： 桩径小于 ’ % "( 时宜沿直径方向埋设两根管； 桩径为 桩 ’ %" ) ! % $( 时宜按等边三角形布置埋设三根管； 径大于 ! % $( 时宜按正方形布置埋设四根管。声测 管的内径宜为 $" ) $$((， 声测管之间应保持平行。 埋设时可将声测管焊接或绑扎在钢筋笼的箍筋 内侧。声测管的底部应预先用堵头封闭或用钢板焊 封， 以保证不漏浆； 并在声测管的上部应加盖或堵 头， 以免异物入内。声测管节与节之间的连接方式 有两种： 一是焊接， 即两段钢管相对， 外套较粗的套 筒， 将套筒口周边与钢管焊接封闭。切忌不加套筒 而直接将钢管对接焊接， 否则可能产生背流或毛刺 而阻碍换能器的顺利移动， 直接对焊的焊接质量较难 — — —— — —— — —— — —— — — 收稿日期： "$$# % & % ’ 作者简介： 杨世如， 男， !&(’ 年 & 月生， !&&# 年毕业于 同济大学地下建筑与工程系水文与工程 地质专业， 工学硕士， 现任上海众合检测 应用技术研究所副所长。
化综合分析、 判别混凝土缺陷的位置和范围， 或者估 算缺陷的尺寸。
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超声波透射法测桩的方法和技术
现场检测方法 & % ’ % ’ 声测管的埋设 声测管的埋设方式及在横截面上的布置形式将
影响检测结果。因此需检测的桩应在设计时将声测
" 超声波透射法检测钻孔灌注桩的基本原理
钻孔灌注桩桩身混凝土是由多种材料组成的非 均质非单相的多孔结构， 在力学特性上是一种粘— 弹—塑性的凝聚体。因此， 混凝土内部有着较大的 声阻抗差异并存在许多声学界面。超声脉冲波在混 凝土中传播速度的快慢， 与混凝土的密实程度有直 接关系， 对于原材料、 配合比、 龄期及测试距离一定 的混凝土来说， 声速高则混凝土密实， 相反则混凝土 不密实。当有空洞或裂缝存在时， 便破坏了混凝土 的整体性， 超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到 接收换能器， 因此传播的路程增大， 测得的声时必然 偏长或声速降低。 另外， 由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻 抗率， 超声脉冲波在混凝土中传播时， 遇到蜂窝、 空洞 或裂缝等缺陷， 便在缺陷界面发生反射和散射， 声能 被衰减， 其中频率较高的成分衰减更快， 因此接收信 号的波幅明显降低， 频率明显减小或者频率谱中高频 成分明显减少。再者经缺陷反射或绕过缺陷传播的 脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差， 叠 加后互相干扰， 致使接收信号的波形发生畸变。 根据上述原理， 可以利用超声脉冲波在混凝土 中传播时声学参数 （声时、 波幅、 频率等） 和波形的变
图! #$%& !
完整桩的实测曲线
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图 6 为一根桩径为 !<!5500、 有效桩长为 !D & 桩身预埋三根声测管的钻孔灌注桩的超声波实 40、 测曲线， A @ B 剖面波形较规则， ? @ A 和 ? @ B 剖面 波形有明显波动， 该桩完好部位首波半波宽约为 5 & 平均波速约为 7 & 8590 : ;； 桩深 D & 7 C <5 & !0 首波 =， 波速降低为 ! & D590 : ;， 经斜测， 推 半波宽约为 < & 5， 定为东侧约 < : 7 截面混凝土明显蜂窝夹泥砂。
#$%& 7 图7 基本完整桩的实测曲线
’()*+, -()*+ ./ EF;$-F22, -.012+3+ 1$2+
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上海地质 &D0C$D0# E*-2-$+
总第 :: 期
图8 "#$% 8
局部不完整桩的实测曲线
&’()*+ ,’()* -. 40(5#022+ #C,-342*5* 4#2*
表# =0>" # 类别 % & ’ ( 桩身完整性评价 ?@0AB01*34 35 C*A/ *41/+D*1E 缺陷特征 无缺陷 局部轻度缺陷 局部明显缺陷 断桩等严重缺陷
完整状态 完整 基本完整 局部不完整 严重不完整
为了对钻孔灌注桩的桩身完整性有一个概括性 的评 价， 《超 声 法 检 测 混 凝 土 缺 陷 技 术 规 程》 （ F?F,$# G $%%%） 和即将实施的上海市工程建设规范 《建筑工程基桩检测技术规程》 均根据桩内缺陷的特 征， 把桩的质量按其完整性分为四类。表 #。 笔者认为， 规程中对桩身缺陷特征的描述比较
当同一根桩中埋有三根或三根以上声测管时， 应以每两管为一个测试剖面， 分别对所有剖面进行
!55" 年第 7 期
杨世如： 超声波透射法在钻孔灌注桩检测中的应用
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无超临界值异常， 波形规则， 声速较高， 为完整桩。 典型曲线如图 ! 和图 " 所示。
桩身预埋三根声测管的钻孔灌注桩的超声波实 50、 测曲线， ? @ A 和 ? @ B 剖面波形较规则， A @ B 剖面 波形有微小波动， 该桩完好部位首波半波宽约为 5 & 平均波速约为 7 & 6690 : ;； 桩深 < & 44 C ! & 8"0 首波 8， 半波宽约为 < & 5， 波速降低为 " & D"90 : ;， 经斜测， 推 定为西北侧约 < : 7 截面混凝土轻微夹泥。图中阴影 部分为推定的缺陷截面分布范围。
图! "#$% !
基本完整桩的实测曲线
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某一检测剖面连续多个测点或两个以 !类桩： 上检测剖面个别测点声学参数明显超临界值异常， 个别点波形有明显波动， 声速降低， 缺陷的截面分布 不超过桩的总横截面的 !67 ， 为局部不完整桩。典 型曲线如图 8 所示。 图 8 为一根桩径为 "9!6633、 有效桩长为 9: % 桩身预埋三根声测管的钻孔灌注桩的超声波实 ;3、 测曲线， 三个剖面均有明显波动， 该桩完好部位首波 半波宽约为 6 % ;， 平均波速约为 < % !!=3 > 1； 桩深 : % !8 波速降低为 B % 8:=3 > 1， ? : % @83 首波半波宽达 9 % A， 经斜测， 推定为西侧约 9 > A 截面混凝土明显蜂窝夹 泥砂。经钻芯验证， 发现上述超声法检测推定的缺 陷区域为夹黄泥。
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上海地质 ,-./0-.1 2345406
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超声波透射法在钻孔灌注桩检测中的应用
杨世如 （上海众合检测应用技术研究所
摘 要
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文章简要介绍了超声波透射法检测钻孔灌注桩质量的基本原理、 检测技术和分析方法等， 基于对典型实测曲线的分 析并结合作者的检测经验， 详细描述了应用超声波透射法测桩时的各类桩的缺陷特征。 超声波 声学参数 钻孔灌注桩 混凝土缺陷
! 桩身混凝土缺陷的判断方法及桩身完整 性评价
如何根据所测得的声学参数判断桩身混凝土缺 陷是超声波透射法测桩的关键， 目前常用的方法有： !"" 概率法 对同一根桩同一剖面的声速、 波幅、 主频值进行 计算和异常值判别。当某一测点的一个或多个声学 参数被判为异常值时， 即为存在缺陷的可疑点。 !"# 斜率法 用声时 （ 1*） （ .） 曲线相邻测点的斜率 8 和 7 深度 相邻两点声时差值! 1 的乘积 9， 绘制 9 7 . 曲线， 根 据 9 7 . 曲线的突变位置， 并结合波幅值的变化情况 可判定存在缺陷的可疑点或可疑区域的边界。 （ 1* 7 1* 7 # ） （ ・! 1 ; （ 1* 7 1* 7 # ） :; < 6* 7 6* 7 # ） 9;8 $（ < 6* 7 6* 7 #） 式中 1* 7 1* 7 # 和 6* 7 6* 7 # 分别代表相邻两点的声 时差和深度差。 根据可疑点的分布及数值大小综合分析， 可以判 断缺陷的位置和范围， 缺陷的性质应根据各声学参数 的变化情况及缺陷的位置和范围进行综合判断。