声波透射法在公路基桩完整性检测中的应用

声波透射法在公路基桩完整性检测中的应用

赵魁

浙江宏炜检测科技有限公司 浙江温州   325006

摘要：随着公路建设的快速发展，基桩作为公路工程中重要的承载结构，其质量直接关系到公路的安全性、稳定性。因此，对基桩完整性进行准确地检测显得尤为重要。声波透射法作为一种无损检测方法，在基桩完整性检测中得到了广泛应用。本文旨在探讨声波透射法在公路基桩完整性检测中的应用，为公路基桩的质量检测提供实践指导。

关键词：声波透射法；公路基桩；完整性检测

在公路基桩完整性检测中，声波透射法主要利用声波的传播特性，在桩身混凝土内发射并接收超声波，实测超声波在混凝土介质中传播的声时、波幅和频率等参数的相对变化，对被检桩的桩身完整性进行评判的检测方法。这种方法无损且高效，能够快速获取基桩的完整性信息，为施工质量控制提供了重要依据。因此，声波透射法在公路基桩完整性检测中具有广泛的应用，对于保障公路工程质量具有重要意义。

一、在公路工程中的适用性

声波透射法是一种在公路基桩完整性检测中常用的非破坏性检测技术，特别适用于检测公路基础工程中大直径的灌注桩。声波透射法适用于检测直径不小于800mm的混凝土灌注桩的完整性检测，评判桩身缺陷的位置、范围和程度；小于800mm的灌注桩，声测管间距也较小，其测试误差相对较大，同时预埋声测管也易引起附加的灌注桩施工质量问题。

在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收，可以测出被测混凝土介质的声学参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因而到达接收换能器时声时、波幅及主频发生改变。超声波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完整性，评定桩身缺陷的位置、范围和程度。

二、现场检测技术

1、声测管

为了使声波能够有效地在桩体中传播，需要在基桩中预埋声测管。当桩径小于1000mm时，应埋设二根管；当桩径大于或等于1000mm且小于或等于1600mm时，应埋设三根管；当桩径大于1600mm且小于2500mm时，应埋设四根管；当桩径大于或等于2500mm时，应增加声测管的数量；声测管应采用金属管，壁厚不应小于2mm，其内径应比换能器外径大不小于15mm，金属管宜采用螺纹连接或套管焊接等工艺，且不渗漏；声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，均匀布置，且互相平行、定位准确，并埋设至桩底，管口宜高出混凝土顶高程100mm； 声测管管底应封闭，管口应加盖，管底、管口及各连接部位应密封。

2、检测前的准备

标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间；声测管内灌满清水，且保证换能器应能在声测管中升降畅通；应准确测量声测管的管径和壁厚；测量桩头处声测管外壁相互之间距离；声测管的编号宜以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分组，每二根编为一组；在检测开始前或检测过程中应避免强的电流、磁场或与检测信号频率相当的其他振动干扰。

3、检测过程

测点间距不应大于250mm。发射与接收换能器应以相同高程同步升降，其累计相对高差不应大于20mm，并随时校正。对于声时值和波幅值出现明显异常的部位，应采用加密平测、双向斜测或扇形扫测进行局部细测，确定桩身混凝土缺陷的位置、大小和严重程度；上述细测的测点间距不应大于100mm；局部斜测时两支换能器发射、接收部分的中心连线与水平面的夹角不应小于30 º。

三、桩身完整性判定

桩身完整性判定

（1）声速判据 

当实测声速低于数理统计概率确定的声速临界值时，测点的声速可判定为异常，应将其作为可疑缺陷区。 

（2）波幅判据 

波幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减程度的重要参数。波幅没有声速稳定，但对缺陷砼更敏感，由于受多种因素影响，只用于同条件的相对比较。当实测波幅低于波幅临界值时，作为可疑缺陷区。

（3）声波波形 

波形是声波能量的总体反映，在检测时，除逐点读取声波的声时、波幅等，还应注意观察整个波形的变化，作为综合判定的重要参考。

（4）PSD判据 

为增大声时的权值，以声时―深度曲线上的斜率与声时变化的乘积PSD值作为异常点判据。根据PSD值在某深度处的突变，结合其他声学参数的变化情况，进行异常点判定。 

根据上述判据，对基桩完整性进行综合判定。综合判定首先分析波速与波幅均明显偏低的测点和区域并结合PSD判据确定异常部位，其次对可疑点加密细测或斜测。当存在堵管现象而无法测试的部分，不应做整桩完整性评判。

四、声波透射法检测基桩常见质量问题

根据基桩类型、成桩方式和施工工艺，基桩常见缺陷大致分为以下原因： 

1、人工挖孔浇注普通混凝土

（1）受地下水冲刷影响 

某人工挖孔、普通混凝土基桩，位于河滩上，地下流动水将水泥浆完全冲刷掉，砂石完全离散；造成区域波速和波幅均衰减，PSD判据突变；经钻取芯样，验证了检测结论。 

（2） 混凝土有杂物 

某人工挖孔、普通混凝土基桩，因水泥包装袋裹附于混凝土中，而水泥袋包裹的砼密实程度很低，造成缺陷区域的波速和波幅均衰减明显。

2、机械成孔灌注水下混凝土

（1） 桩底沉渣

某机械成孔、水下混凝土基桩，因桩底清孔时，未将沉渣清干净，造成桩底波速和波幅同时衰减；通过钻芯，验证桩底有沉渣。 

（2）夹泥

某机械成孔、水下混凝土基桩，因浇注混凝土时，导管提升过快，护壁泥浆与砼混合，形成断桩；波形图上各剖面波速衰减明显，波幅衰减，PSD判据突变；通过钻芯，发现混凝土与泥浆混合。

 （3）混凝土离析 

某机械成孔、水下混凝土基桩，因砼离析，造成砂浆多粗集料少。经检测发现基桩各剖面波速明显降低，但波幅衰减不显著；通过钻取芯样，及芯样砼抗压强度试验，验证了混凝土离析，且砼强度低于设计强度。

五、声波透射法检测基桩完整性注意事项

1、检测前，应重点了解基桩类型、地质勘察情况、施工工艺、施工记录等；特别是：浇注砼过程中，有无超过30min的停顿；若为冲孔水下砼基桩，导管有无提漏、有无堵管及桩底清孔情况；若为人工挖孔普通砼基桩，有无地下水、地下水的位置、流量、是否为流动水及地下水的处理情况。 

2、从成桩到检测的间隔时间宜满足规范要求，采用声波透射法检测时，被检桩混凝土强度不得低于设计强度的 70%且不得小于15MPa，龄期不应少于7d。因在砼完全硬化前，波速误差较大；在砼硬化后，密实程度大幅提高，波形曲线有较大发展。 

3、若声测管外裹附泥团，检测时常被误判为层状缺陷，可以通过斜测确定缺陷的具体位置、区域。

4、准确进行系统零声时、声测管和耦合水的修正。

5、应准确测量声测管的管径和壁厚；测量桩头处声测管外壁相互之间距离。

6、确保检测前声测管内灌注清水，检查确保声测管内畅通。

5、各测孔声波换能器尽量保持在同一水平面，其累计相对高差不应大于20mm，并随时校正；换能器提升速度应保证波形完整，宜在5～20cm/s之间。

结束语

声波透射法作为一种无损检测方法，在公路基桩完整性检测中具有重要的应用价值。对声速、波幅和PSD值超越临界异常或突变时，应对缺陷进行细测。同时结合波形、桩形、地质情况、施工工艺和施工记录等有关资料进行综合分析，以确定桩身混凝土缺陷的位置和程度，必要时进行低应变、钻芯法等其他基桩检测方法进行验证。

参考文献：

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