超声波法在桥梁桩基检测中的应用

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1、超声波法在桥梁桩基检测中的应用■彭苏苏        （福建省交通建设工程试验检测中心，福州350001） 摘要结合福建省浦南高速公路工程实例，介绍超声波透射法测试方法，对桥梁桩基完整性进行分析与判定，阐述了超声波法检测桩基的影响因素及应注意的若干问题。 关键词超声波法桥梁基桩检测应用1前言 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

2、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。 本文结合福建省浦南高速公路工程实例，介绍超声波法在桥梁桩基检测中的应用。 浦南高速公路是国家高速公路规划网第二条放射线北京至台北高速公路的组成部分，是我省目前设在单个区市境内建设里程最长、投资最大的高速公路项目。全线共有大中桥99座，桩基5400多根，其中采用超声波法检测的1100根，我单位承担全线桥梁的桩基检测，评价桩身砼的完整性。2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的波动特征；当砼内存在不

3、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。 （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，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

4、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。3数据分析与判定 检测按《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01—2004）中有关超声波法规定进行： （1）桩身缺陷以声速临界值、波幅临界值以及PSD(斜率法)判据进行综合判定。PSD值Kt按下式计算:         Kt=K·Δt K=（tci-tci-1）/zi-zi-1Δt=tci-tci-1 式中，tci为第i测点声时；tci-1为第i-1测点

5、声时；zi为第i测点深度；zi-1第i-1测点深度。 （2）桩身均匀性按声速离散系数Cv分为A～D4级（表1）。      表1　声速离散系数级别  （3）基桩检测的相关规范中，根据桩身是否存在缺陷及存在缺陷的严重程度，将桩的完整性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四个类别，并依据各检测剖面的声学参数异常点的分布情况及异常点的偏离程度，决定被测桩的完整性类别。但由于砼是集结型的复合材料，多相复合体系，分布复杂界面（骨料、气泡、各种缺陷），因此其检测的声参量数据波动较大；加上灌注桩的砼受自密实、地质条件及成桩工艺等影响，其声参量的波动性就更大了，因此在实际测试的过程中完全不出现异常测点的可

6、能性较小，因此不能机械地理解并执行规范中桩身完整性的判定标准（规范对声参量异常判断均采用“可判断”），否则工程上很难有Ⅰ类桩，也不符合桩的完整性分类的定义。因此上述理论异常点只是可疑缺陷点，可根据以下五个方面进行综合判定： ①异常点的实测声速与正常砼声速的偏离程度； ②异常点的实测幅度与同一剖面内正常砼幅度的偏离程度； ③异常点的波形与正常砼的波形相比的畸变程度； ④异常点的分布范围及其他剖面异常点的分布情况； ⑤桩的类型（摩擦型或端承型）、地质情况及成桩工艺。桩的类型及地质情况决定了桩身砼的压应力及弯矩大小随深度的变化规律，因此相同大小及程度的缺陷在桩身不同深度对该桩是否

7、达到设计要求的影响程度差别较大，应适当加以区分。4工程检测实例及其分析 浦南高速公路某桥2l-1桩为钻孔灌注摩擦桩，设计桩径1.5m，设计桩长49.5m，预埋4根声测管，采用超声波法平测法测试，测点间距0.25m。其中1-2、1-3、1-4剖面在13.2～14m处同时出现声参量异常（如图1所示），异常范围的波速比平均波速下降15%，幅度比平均幅度下降30dB，而其他剖面在此位置无明显异常，初步判断该桩在13～14m处存在异常（缺陷），且缺陷区在1号声测管所在的方位，但无法判定缺陷范围，进而将其归入Ⅱ类还是Ⅲ类桩。为