淺談超聲波檢測混凝土鉆孔灌注樁

王 磊

鉆孔灌注樁基礎在橋梁、道路工程中應用比較廣泛，它的施工工藝及技術發(fā)展也比較成熟，具有承載力大、穩(wěn)定性好、沉降量小、受施工水位或地下水位高低的影響較小等優(yōu)點。但因其屬隱蔽工程，質量控制難度大，成樁質量受施工工藝、地質條件等因素影響較大，不可避免地容易出現(xiàn)諸如縮徑、夾泥、孔洞、離析甚至斷樁的各種形態(tài)缺陷。因此，成樁后的質量檢測尤為重要。目前，鉆孔灌注樁成樁后的質量檢測規(guī)范有低應變檢測、高應變檢測、靜載荷試驗以及超聲波檢測等，其中前三者在工程實踐中已有豐富的經驗，并為工程技術人員所熟知，筆者基于有關規(guī)定和平時從事鉆孔灌注樁的超聲波檢測過程中積累的一些經驗，作如下介紹。

一、鉆孔灌注樁超聲波檢測簡介

根據(jù)規(guī)范與樁直徑要求，在鉆孔灌注樁中預埋若干要互相平行的超聲波檢測導管。檢測前先將導管注滿清水，再將發(fā)射探頭和接收探頭分別放入兩根導管底端，發(fā)射探頭和接收探頭在同一高度，超聲波檢測儀產生重復的電脈沖來激勵發(fā)射探頭（發(fā)射換能器），發(fā)射探頭將電脈沖能量轉化為機械振動能量，接收探頭將機械振動能量轉化為電振動能量。發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波經耦合而進入混凝土，在混凝土中傳播后為接收探頭接收并轉換成電信號傳送至接收儀，經過放大后顯示在波屏上，可以測讀傳播聲時和首波波幅，根據(jù)兩根導管的距離可計算出混凝土的聲速，進而得到聲速及波幅與樁身深度的關系曲線，通過曲線可以判斷樁身混凝土均勻性、缺陷部位及缺陷性質。

二、測前準備工作

1.對聲測管管材的要求

目前常用的聲測管有鋼管、鋼質波紋管、塑料管三種。鋼管的優(yōu)點是便于安裝、剛度大，埋置后可基本保持其平行度和平直度等，目前許多大直徑灌注樁均采用這種材料，但價格較貴。鋼質波紋管具有管壁薄、鋼材省和抗?jié)B、耐壓、強度高、操作輕便等優(yōu)點。但因柔性較大，安裝時需注意保持其軸線的平行。塑料管的聲阻抗率較低，具有較大的聲透率，但因塑料的熱膨脹系數(shù)與混凝土相差懸殊，混凝土凝結后塑料管因溫度下降而產生徑向和縱向收縮，有可能使之與混凝土局部脫開而造成空氣或水的夾縫，在聲路徑上會增加更多反射強烈的界面，容易造成誤判。因此通常用于較小的灌注樁。

2.聲測管的埋設要求

埋設時需保證各聲測管之間互相平行，探頭能在管內順利暢通的提升或下降，埋設根數(shù)根據(jù)設計及有關規(guī)范進行。當樁徑不大于0.8m時，埋設2根管，樁徑在0.8～2.0m時，應不少于3根管，樁徑大于2.0m應不少于4根。另外，由于聲場沒有覆蓋樁心，在中心位置形成一個盲區(qū)，測試結果有時不能真正反映樁身實際質量。

3.聲測管的綁扎與埋設

（1）聲測管一般用焊接或綁扎的方式固定在鋼筋籠的內側，成孔后，灌注混凝土之前隨鋼筋籠一起放置于樁孔中，聲測管應一直埋到樁底，如果受檢樁不是通常配筋，則在無鋼筋籠處的聲測管間設加強箍，以保證聲測管的平行度。如果聲測管管壁薄，均采用焊接固定的方法，在焊接時容易導致聲測管焊透，管內出現(xiàn)凸起，換能器要么放不到底，要么往下放時不能憑借重力落下去，建議每隔3m粗鉛絲綁扎一道，只在管口接頭處與主筋進行焊接。

（2）聲測管內徑以50～60mm為宜，導管底部應用鋼板或套管封住，上端加蓋，管內無異物，管口應高出樁頂10mm以上，且各聲測管管口高度宜一致。

（3）一個標段內聲測管采用同種材料統(tǒng)一型號的鋼管，便于扣除零聲時誤差。

聲測管的連接和埋設質量是保證現(xiàn)場檢測工作順利進行的關鍵，也是決定檢測數(shù)據(jù)的可靠性及試驗成敗的關鍵環(huán)節(jié)，應引起高度重視。樁身內部混凝土波速均以該距離除以兩管間的聲時得出，如果樁身內部某一段聲測管向樁身內部彎曲，其波速就會偏大，反之則偏小，兩種情況統(tǒng)計的均勻性均會導致其等級偏差。

4.聲測管布置

對于樁直徑為800mm的鉆孔灌注樁，兩根聲測管最好沿直徑方向布置，因為在澆混凝土時，混凝土沿導管均勻向四周流淌，導管與樁從理論上講是兩個同心圓的關系，那么在任一直徑上所測混凝土質量基本可以代表該截面混凝土的質量。在實際測試中，通過聲測對某一段有缺陷的混凝土樁再用低應變測試，二者確實互相印證，說明通過聲測基本可以判定樁身混凝土的某些缺陷。

5.破樁頭后聲測管的保護

一般來說，受檢樁混凝土強度至少達到設計強度的70%且不小于15MPa時方可進行測試。其步驟為：先進行基坑開挖，再破樁頭，澆墊層，墊層干后可以進行檢測。破樁頭時聲測管必須細心保護，如果風鎬將聲測管鉆破，里面凸起，切割聲測管后不用任何東西堵住管口導致破碎的混凝土掉進聲測管內，都會使探頭不能順利放到管底。所以施工人員在破除樁頭時要特別小心，并采取相應措施。

三、檢測工作的準備

1.檢測人員的要求

檢測人員上崗前必須進行培訓，理解檢測規(guī)范，熟悉使用儀器，了解鉆孔灌注樁的制樁過程，遵守檢測紀律。如遇到樁身缺陷情況應及時向單位技術負責人、甲方、設計、監(jiān)理、施工等單位匯報，并采取進一步的檢測措施以查明缺陷程度，供有關單位參考。

2.檢測儀器

檢測儀器一般由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一對換能器（發(fā)射與接收，接收換能器應附帶放大器）組成。隨著電子技術的高速發(fā)展，智能型數(shù)字聲波儀逐漸走向成熟，可實時、動態(tài)顯示波形，具有自動判讀及數(shù)據(jù)信息處理功能，大大提高了現(xiàn)場工作效率。

換能器一般比較成熟可靠。但是購買后必須進行率定，波形清楚、聲時準確方可投入使用。在檢測過程中，除了考慮換能器的精度要求外，還要根據(jù)測距大小和混凝土質量的好壞來選擇合適頻率的換能器。低頻聲波衰減慢，在介質中傳播遠，但對缺陷的敏感性和分辨力低；高頻聲波衰減快，在介質中傳播距離短，但對缺陷的敏感性和分辨力高。一般在保證具有一定接收信號幅度的前提下，盡量使用較高頻率的換能器，以提高聲波對小缺陷的敏感性。

四、檢測工作

1.檢測前儀器的準備

檢測儀器連同換能器必須每年送有關法定計量單位進行鑒定，鑒定合格后方可使用。

鑒定后需確定系統(tǒng)的零聲時。確定方法有兩種，一是按規(guī)范進行公式計算，二是進行現(xiàn)場率定。前者在此不予詳述，后者予以粗略介紹。可取現(xiàn)場切割下來的兩根聲測管，注滿清水緊靠在一起置于水池中，按正常檢測程序測量聲時，測3個數(shù)據(jù)取平均值作為零聲時。這種方法的好處是將儀器本身的系統(tǒng)誤差（廠方給定）包括在內，一個工程標段如果聲測管是同一型號的則不用更改。

檢測前施工單位需將聲測管管口焊割齊平，兩管管口基本等高，大約在破除好的樁頂之上10cm。管口焊渣清理干凈，灌滿清水，聲波檢測儀可使用內置電源，也可以使用交流電源，但要保證交流電穩(wěn)定以免儀器受損。

2.現(xiàn)場檢測工作

現(xiàn)場工作由兩部分組成，一是檢測數(shù)據(jù)的采集，二是換能器的升降（俗稱拉繩），二者配合進行。

先用直尺量測兩根聲測管的外徑距離（靠樁中心一側），精確至厘米，報給數(shù)據(jù)采集人員，輸入檢測參數(shù)“測距”。正式檢測前，用假探頭（檢測用探頭直徑，重量大致相同）試放，檢查換能器能否在聲測管內自由升降，確信聲測管暢通后方可正式檢測。

發(fā)射、接收換能器通過放大器與聲波檢測儀連接好，打開儀器電源開關，設置參數(shù)后開始測試，先將兩換能器放至聲測管底部，將采集狀態(tài)置于“采樣”，示意拉線人員拉起換能器，以便及時觀測動態(tài)的波形變化，直至一根樁檢測結束。測完后，分析查看是否有異常測點（如波速、波幅過低），若有應進行復測。

3.檢測后數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)場工作完成后，應將圖形打印出來，并將數(shù)據(jù)傳輸至電腦保存，檢測結果通過簡報形式報給有關單位，儀器也應妥善保管，注意防水防曬。

4.檢測過程中常見問題

（1）探頭卡住。當卡住不太嚴重時，拉住電纜線輕輕上下抖動，等探頭松動即可拉出來。或者用另一個探頭輕放至卡住位置，提起往下輕輕沖擊，待探頭松動即可拉出來。如均無效，可試用8mm的鋼筋焊接連起來往下捅，直至探頭松動即可拉出來。

（2）沒有波形?？蓹z查是否斷電或電纜線被壓住。若聲時很大，該位置可能出現(xiàn)夾泥、離析等，其聲波傳播時間會大大增加。這時根據(jù)情況調節(jié)測值，直至出現(xiàn)波形為止。

（3）換能器故障。換能器碰撞聲測管內壁或其他硬物導致裂痕進水。

（4）放大器出現(xiàn)故障。拉出兩探頭，放在水中進行采樣，如果未出現(xiàn)波形，基本判斷為放大器故障。

（5）數(shù)據(jù)采集儀器出現(xiàn)故障。拿到室內，用平面換能器（不用放大器）檢測，如正常說明儀器正常，反之儀器出現(xiàn)故障。

五、幾種灌注樁質量檢測方法的區(qū)別與聯(lián)系性

鉆孔灌注柱成樁后的檢測方法目前比較成熟的有：靜載荷試驗、低應變、高應變、超聲波檢測。各種檢測方法均有現(xiàn)成的規(guī)范可供參考，其目的和測試方法等都有詳細敘述，在此只作粗略比較。

從檢測目的上講，靜載荷試驗主要是檢測樁的極限承載力，或者檢驗承載力是否達到設計要求；低應變主要是測試樁身完整性；高應變主要是測試樁身完整性及極限承載力；超聲波檢測主要測試樁身混凝土的均勻性及樁身完整性。

承載力的測試應以靜載荷試驗為主、高應變?yōu)檩o。樁身完整性應綜合高應變與低應變結果，但應注意的是，對長度超過40m的樁，超過部分不宜采用低應變的檢測結果，但二者都只能相對“定性”地判斷，超聲波檢測是CT掃描式的，如果準備工作及檢測過程正確，那么樁身任何部位混凝土的缺陷基本能夠測出，當然超聲波測試只針對兩根管間的混凝土，至于樁的擴徑則不能有效測出