钻孔灌注桩中的超声波检验（专业文章）

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1、钻孔灌注桩中的超声波检验随着我国基础建设的迅速发展，桩基础已成为桥梁工程最常用的基础形式。由于其成桩质量受地质条件、成桩工艺、机械设备、施工人员、管理水平等诸多因素的影响，较易产生夹泥、断裂、缩颈、砼离析、桩底沉渣较厚及桩顶砼密实度较差等质量缺陷，危及主体结构的正常使用与安全，甚至引发工程质量事故。因此如何测定缺陷的位置，并准确地对其进行评价成为基桩质量检测的一个核心问题。一、超声波法检测原理及技术（1）超声波法检测的基本原理是:由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现

2、的波动特征；当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试及记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼内部存在缺陷的性质、大小及空间位置，并对砼总体的均质性和完整性的作出评价。声波在桩体砼中的传播特性反映了砼材料的结构、密度及应力应变关系。根据波动理论，知跨孔对

3、穿测试其弹性波的波速可近似为：　　　　　　　　式中：E—介质的动态弹性模量；ρ—密度；μ—泊桑比。声波在桩体砼中的传播参数（声时、声速、波幅、频率等）与混凝土介质的物理力学指标（动弹模、密度、强度等）之间的相联关系就是声波透射法检测的理论依据。当混凝土介质的构成材料、均匀度、养护方法、施工条件等因素基本一致时，声波在桩体传播中运动学特征和动力学特征一致；反之在施工中由于塌孔、离析、夹泥等现象出现，声波在传播中，必将在运动学特征和动力学特征上发生变化。（2）在基桩施工前，依桩径大小预埋一定数量的声测管(一般采用钢管或镀锌管，

4、底端封闭、顶端加盖)，作为换能器的通道。测试时每2根声测管为一组，声测管内注满清水，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的换能器接收信号，测定有关参数并采集记录储存。发、收换能器同步向上提升进行检测，遇到异常时可采用水平加密、等差同步和扇形扫测等方法加密细测。二、测试方法某高速公路的中小桥一般采用1.2m的桩径，大桥特大桥一般采用1.5m的桩径，甚至2.0m以上的桩径。施工时，在桩体中预埋3根孔径50mm的钢管做声测管，预埋管绑扎在钢筋笼的内测，且沿基桩平行设置，管底密封，管内注满清水

5、。桩基混凝土养护期超过7天，方可进行跨孔对穿测试。　　检测前将三根测管按顺序进行编号（A、B、C），得到A—B、A—C、B—C三条测线（也称为剖面），量测两测管中心之间的距离，然后分别对A—B、A—C、B—C剖面进行同高程对测。测试时由上而下，每次测距40mm，当发现桩体异常时，测距加密为10mm测读一次。　　声波透射测试方法有平测法、斜测法和扇面测法三种，一般采用平测和斜测两种方法（见图1）。　　平测法是将发射和接收两换能器始终保持在同一标高上，进行测试，通过平测可知道缺陷在垂直方向上的区域大小和严重程度，但不能确定缺陷

6、在水平方向上的大概部位。　　斜测法是发射和接收两个换能器不在同一标高上，进行测试。在斜测过程中，采用固定的相差高程（即高差同步），且同一剖面进行两次单独的测试。一般来说高程相差越大，越能缩小缺陷在水平方面的范围，但是高程相差越大，测试信号就越弱，各种干扰信号就越强，就越容易形成误判。所以测试时在保证信号较好的情况下，可适当增大两换能器间的高程差。斜测法常作为平测法的补充测试方法，一个测线一般需测两次，即第一次发射换能器比接收换能器标高高，第二次使发射换能器比接收换能器标高低。但高差绝对值保持一致。通过斜测，可以缩小缺陷在水

7、平方向上的范围。　　扇形测法即固定某一固定换能器，将另一换能器等间距移动，两换能器高程差不停变换，形能一扇面。该方法比斜测法操作复杂且数据处理较麻烦，只针对可能有较严重缺陷的桩采用这一测试方法。　　声波透射测试方法具有能判断缺陷在垂直方向上具体部位、在水平方向上的大致范围等优点，是反射波法，钻孔取芯无法比拟的，但不足之处在于：①对竖向缺陷范围比水平方向缺陷范围容易更准确的确定。②采用平测法时，容易将水平向（如桩横截面方向）较大而竖向（如沿桩身方向）很小的缺陷给漏掉。③存在一定范围的测试盲区，即只能测出声测管之间一定范围内砼

8、是否有缺陷，不能准确测出桩身整个断面是否有缺陷。例如桩中心是否有较小缺陷，桩周是否有局部缩径、扩颈等缺陷。(a)平测法   (b)斜测法（第1次）  (c)斜测法（第2次）  (d)缺陷分析图1声波透射测试方法二、数据分析与判定（一）检测按《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01—2004）