超声波检测钻孔灌注桩的缺陷类别及判断

超声波检测钻孔灌注桩的缺陷类别及判断

摘要:本文通过探讨钻孔灌注桩超声检测原理、方法、及缺陷类型和判断方法，探讨了大直径超长桩桩身混凝土质量的超声波透射检测方法、技术及可靠程度。

关键词: 灌注桩；超声波检测；缺陷类别；判断

Abstract: this paper discusses ultrasonic testing cast-in-place pile principle, method, and defect type and judging method, this paper discusses the large diameter long pile body of concrete quality ultrasonic transmission detection method, technology, and reliability.

Keywords: filling pile; Ultrasonic testing; Defect category; judgment

1超声波透射法检测原理

钻孔灌注桩是工程建设中主要的桩型之一,被大量用于桥梁等大型建筑物上,而在实际工程中大量存在因技术管理不善和施工疏忽,造成混凝土桩内部存在空洞、疏松、施工缝,或由于工艺违章、配比不当造成的低强度区或严重的分层离析造成工程桩组织构造的不均匀性等缺陷。目前,基桩完整性的检测手段较多,应力波反射法、机械阻抗法等这些方法在我国检测行业应用了20多年,积累了相当多的实践经验,但检测大直径、超长桩仍具有一定的局限性。超声波透射法作为一种基桩桩身质量检测手段,可以准确发现基桩缺陷位置以及缺陷范围,并根据异常特征分析判断缺陷性状及缺陷程度,依据标准进行桩身完整性评价,为桥梁基础的稳固与安全提供保障。用超声波透射法能够直观、准确地评价基桩的完整性,检测出基桩混凝土存在缺陷的性质和位置,为处理这些隐患提供科学的依据。超声波是一种机械振动波,它所具有的透射性、反射性以及绕射性等特点,确定了它在工程检测中的实用性。

基桩超声波检测是在基桩中预埋声测管,在两根声测管中分别放置发射换能器和接收还能器,并在声测管中注满水作为耦合介质,当发射换能器发射超声波,超声波在混凝土中传播后到达接收换能器并被量测记录（见图一）,由此可计算出混凝土的声速:

图1检测法法示意图

V=L/T （1）

式中,L———超声波在混凝土中传播距离;

T———超声波在混凝土中传播时间。

同时,接收波幅的量测是用某种指标来度量接收首波峰的高度,并将它们作为平行比较各个测点声波信号强弱的一种相对指标:

AP=20lgA/A0（2）

式中,A、A0分别为接收首波峰值及参考峰值。

混凝土是一种非均质材料,其物理力学性质受其内部特性与外部环境条件的制约,其声波传播的特性反映了混凝土材料的结构、密度以及应力、应变关系,根据弹性介质中波动理论,超声波在混凝土中的传播声参数与混凝土的物理力学指标之间的相关性就是基桩超声波检测的理论依据。当混凝土介质的构成材料、均匀度、施工条件基本一致时,超声波在其中的传播也基本一致,而介质中存在缺陷时,超声波在传播的过程中产生绕射、反射、衰减等现象,使其声时、声速、声幅等产生变化。

（1）声速：超声波在传播路径上遇到缺陷时，由于绕射，声时变长，从而声速降低。

（2）振幅(前波振幅)：超声波在缺陷界面上声阻抗差异显著，产生反射、散射和吸收，使接收波振幅显著降低。

（3）频率变化；一般情况下，混凝土强度越高接收频率也越高，反之，强度低，频率也随之下降。

（4）波形变化：有缺陷的混凝土其结构的连续性被破坏，使超声波在内部传播发生变化。直达波、绕射波．反射波等各类波相继被接收，由于这些波的频率、相位不同．在彼此叠加时，会使正常的波形发生变化甚至出现畸变。

根据这些声参数的不同变化,从而判定基桩的完整性。当桩身某一段存在蜂窝、离析或夹泥等缺陷时,接收到的超声波信号会出现波速降低、振幅减小,同时波形畸变、接收信号主频发生变化等特征。超声波透射法基桩检测就是根据混凝土声学参数测量值的相对变化,分析、判别其缺陷的位置和范围,评定桩基混凝土质量类别。

2测试方法

超声波透射法用于基桩完整性检测时,整个过程由超声波信号的发射、传播、

接收和实测波形的分析处理等部分组成。超声波信号仿佛是一媒体,在桩身混凝土中传播时,载有大量的混凝土材料的性质、完整性等信息,这些信息被接收换能器接收并被计算机储存,工程检测人员将根据这些信息准确地判定被检测桩的桩身完整性。超声波透射法用于基桩完整性现场检测的常用方法是双孔法,主要采用平测法、斜测法和扇形扫测的观测系统。根据检测要求,对于桩径为600～1000mm的灌注桩埋设了2根检测管,桩径为1000～2500mm的灌注桩;埋设了3根检测管,检测管之间均匀分布,相互平行并注满清水。超声波仪主要由计算机、采集仪、声波发射换能器和声波接收换能器组成。现场检测时,将频率为25～50kHz,带宽5～50kHz,长20cm左右的径向柱状换能器置于检测管中,发射换能器和接收换能器应保持在同一水平面上,两换能器在每一测点的高程误差不应大于2cm,检测时宜从桩底开始,每隔20～40cm为一测点,逐点检测并随时校正两换能器的水平位置,直至桩顶。如前所述,基桩混凝土是一种非均质材料,由于混凝土骨料的粒径状态及其分布的随机性,水灰比以及施工工艺、地质条件诸多因素的影响,在成桩的过程中,往往会影响基桩桩身的完整性,产生如桩底沉渣、夹层、离析、缩径、孔隙甚至断桩的可能性。在检测时,发现某一段的声参量异常时,应引起工程检测人员的注意,常采用测距为10～20cm,加密平测、或斜测、或扇形扫测的方法,检测出缺陷所在的详细部位、性质及其大小。

3缺陷类型及判断

大量的工程实例证实,用超声波透射法检测大直径灌注桩桩身完整性,其实测波形、声时、声速、声幅具有如下特征:完整桩各测面声时、声速、声幅均无超判现象,在声时-深度、声速-深度图上,声时和声速波动不大,呈一条直线,各测点声幅变化不大实测声波的波形正常;局部夹层桩(夹砂、夹泥)1个或2个测面声时增加,声速降低,声幅有衰减,另一测面正常,缺陷处实测声波波形畸变;断桩(全断)各测面声时陡增,声速陡降,声幅衰减的很快,缺陷处实测声波波形畸变较大;低强度桩(桩头浮浆、桩底沉渣)各测面声时增大,声速很低,声幅衰减较快,缺陷处实测声波波形畸变异常,有时甚至无法判读;两声测管之间的距离在钢筋笼运输和吊装的过程中,常会引起底部声测管扭曲变形,两测管之间的距离发生变化,检测时表现为声时和声速的变化,声幅无衰减,实测声波波形也正常,而且,这段过程呈缓进型。对于桩身缺陷的大小宜用斜测或扇形扫测法进行详测,最好用超声波成像(即工程声波CT)检测。但是在实际工程中因技术管理不善和施工疏忽,往往易造成桩身缺陷,从而导致桩身完整性恶化以及桩身结构强度和耐久性的降低,给工程质量带来隐患。超声波透射法检测钻孔灌注桩质量是其在检测混凝土质量方面的一项具体应用。该方法旨在检测桩身质量,探明隐存缺陷的位置、范围和程度,为工程建设提供科学的依据。

4结语

钻孔灌注桩桩身混凝土质量检测一直是困扰工程界的一个难题。本文通过探讨大直径钻孔灌注桩超声检测原理、方法、及缺陷类型和判断方法，探讨了大直径超长桩桩身混凝土质量的超声波透射检测方法、技术及可靠程度。采用超声波透射法对大直径超长桩检测,其检测精度高,结果直观可靠,可以较详细查明桩身内部缺陷的性质、深度位置、范围大小及严重程度,为控制大直径超长桩桩身混