聲波透射法檢測鉆孔灌注樁完整性技術(shù)研究

張曉毛

摘 要：指出缺陷程度需要綜合測定，應(yīng)正確理解并處理相關(guān)規(guī)范中關(guān)于樁身完整性的判定，分析聲學(xué)參量與缺陷性質(zhì)的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：聲波透射法；檢測技術(shù)；缺陷程度判定

混凝土灌注樁是樁基礎(chǔ)中的主要形式，由于其成樁質(zhì)量受地質(zhì)條件、成樁工藝、機械設(shè)備、施工人員、管理水平等諸多因素的影響，較易產(chǎn)生夾泥、斷裂、縮頸、混凝土離析、樁底沉渣較厚及樁頂混凝土密實度較差等質(zhì)量缺陷，危及主體結(jié)構(gòu)的正常使用與安全，甚至引發(fā)工程質(zhì)量事故，加上是隱蔽工程，因此加強對樁基礎(chǔ)質(zhì)量的現(xiàn)場檢測十分必要。

基樁完整性的檢測方法主要有：鉆芯法、高應(yīng)變動測法、低應(yīng)變動測法、聲波透射法，與其他方法相比，聲波透射法有其特點：（1）檢測全面、細致，檢測范圍可覆蓋整個樁長的各個斷面，無檢測“盲區(qū)”；（2）檢測結(jié)果準確可靠，全樁長的斷面掃描檢測，加上短距離時聲波對較小范圍的缺陷也較為敏感，可以較為準確測定各缺陷在深度方向的準確位置和范圍、徑向的范圍，便于分析及對缺陷的處理；（3）不受樁長、樁徑的限制，也不受場地的限制。（4）檢測較為快捷、方便。因此該方法已成為大直徑、超長的混凝土灌注樁完整性檢測的重要手段，《公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程》（JTG/T F81-01-2004）也專門規(guī)定“對重要工程的鉆孔灌注樁，采用超聲波透射法檢測的樁數(shù)不應(yīng)少于50%”。

1 檢測原理

如圖1所示，首先在被測樁內(nèi)預(yù)埋兩根或兩根以上豎向相互平行的聲測管作為檢測通道，管中注滿清水作為耦合劑，將超聲脈沖發(fā)射換能器與接收換能器置于聲測管中，由超聲儀激勵發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲脈沖，穿過樁體混凝土，并經(jīng)接收換能器，由儀器接收并顯示接收的超聲波的波形，判讀出超聲波穿過混凝土的聲時、接收波首波的波幅以及接收波主頻等聲參數(shù)，通過樁身缺陷引起聲參數(shù)或波形的變化，來檢測樁身是否存在缺陷。

關(guān)于聲波透射法檢測基樁完整性的現(xiàn)場測試方法及常規(guī)的數(shù)據(jù)處理，已在相關(guān)規(guī)范及其他書籍中有較為詳盡的闡述，不再祥述，僅結(jié)合筆者近年來超聲脈沖檢測技術(shù)在工程中的應(yīng)用，對聲波透射法的檢測和缺陷判定，進行如下初步總結(jié)：

圖1 聲波透射法檢測基樁完整性示意圖

2 聲波透射法的檢測及缺陷判定

2.1 對于缺陷程度即范圍的判定需要結(jié)合平測、斜測或扇形測試的多種測試方法綜合測定

換能器同步平測速度快、效率高，可作為是否存在缺陷的初步判斷依據(jù)；但僅依據(jù)平測的數(shù)據(jù)進行完整性判定，其準確性降低，因此尤其是對于缺陷范圍及其嚴重程度進行判定時，應(yīng)至少結(jié)合斜測、扇形測試中的一種方法。例如：某工程2L-1樁為采用鉆孔、反循環(huán)工藝施工的灌注混凝土摩擦樁，設(shè)計樁徑1.5m、設(shè)計樁長49.5m、預(yù)埋4根聲測管，采用聲波透射法平測時、測點間距0.25m，其中1-2、1-3、1-4剖面在13.2～14米處同時出現(xiàn)聲參量異常（如圖2所示），異常范圍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無明顯異常，初步判斷因此該樁在13～14米處存在異常（缺陷），且缺陷區(qū)在1號聲測管所在的方位，但無法判定缺陷范圍，進而將其歸入Ⅱ類還是Ⅲ類樁。為確定缺陷的嚴重程度和范圍，在1-2、1-3、1-4剖面，從9～19m的范圍內(nèi)，分別作收、發(fā)換能器約45?傾斜的雙向斜測，測點間距為10cm，斜測結(jié)果如圖3所示，通過每一剖面、每一方向斜測的數(shù)據(jù)，確定其斜測的各個聲參量異常的測線，各剖面的異常測線的包絡(luò)范圍如圖上陰影部分所示，可以看出1-3、1-2、1-4剖面的徑向缺陷尺寸依次增大，且1-3、1-2剖面未超過1/2測距，因此該缺陷是靠近1號聲測管方向的縮徑類缺陷；從缺陷范圍上看縱向尺寸在0.8m左右、徑向尺寸小于樁徑的四分之一，從缺陷區(qū)聲參量及波形上看聲參量幅度不太大、且波形基本完整，因此將此缺陷判定為輕微缺陷，該樁判為Ⅱ類樁。

2.2 應(yīng)正確理解并處理相關(guān)規(guī)范中關(guān)于樁身完整性的判定

基樁檢測的相關(guān)規(guī)范中，根據(jù)樁身是否存在缺陷及存在缺陷的嚴重程度，將樁的完整性分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四個類別；并依據(jù)各檢測剖面的聲學(xué)參數(shù)異常點的分布情況及異常點的偏離程度，決定被測樁的完整性類別；對實際的檢測數(shù)據(jù)，采用概率法確定聲速臨界值來評判聲速是否異常，采用平均幅度減去6dB作為幅度臨界值來評判幅度是否異常。

但由于混凝土是集結(jié)型的復(fù)合材料，多相復(fù)合體系，分布復(fù)雜界面（骨料、氣泡、各種缺陷），因此其檢測的聲參量數(shù)據(jù)波動較大；加上灌注樁的混凝土是否密實、地質(zhì)條件以及成樁工藝復(fù)雜等情況，其聲參量的波動性就更大了，因此在實際測試的過程中完全不出現(xiàn)異常測點的可能性較小，因此不能機械地理解并執(zhí)行規(guī)范中樁身完整性的判定標準（規(guī)范對聲參量異常判斷均采用“可判斷”），否則工程上很難有Ⅰ類樁，也不符合樁的完整性分類的定義。因此上述理論異常點只是可能的缺陷點，應(yīng)根據(jù)以下五個方面進行綜合判定：（1）異常點的實測聲速與正常混凝土聲速的偏離程度；（2）異常點的實測幅度與同一剖面內(nèi)正常混凝土幅度的偏離程度；（3）異常點的波形與正?；炷恋牟ㄐ蜗啾鹊幕兂潭龋唬?）異常點的分布范圍及其他剖面異常點的分布情況；（5）樁的類型（摩擦型或端承型）、地質(zhì)情況及成樁工藝，樁的類型及地質(zhì)情況決定了樁身混凝土的壓應(yīng)力及彎矩大小隨深度的變化規(guī)律，因此相同大小及程度的缺陷在樁身不同深度對該樁是否達到設(shè)計要求的影響程度差別較大，應(yīng)適當加以區(qū)分。

2.3 聲學(xué)參量與缺陷性質(zhì)的關(guān)系

混凝土內(nèi)部存在缺陷必然會引起聲參量的變化或波形畸變，但目前并未建立聲參量的變化或波形畸變與缺陷性質(zhì)之間的良好對應(yīng)關(guān)系，僅結(jié)合結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)混凝土檢測或試驗的工作給出如下體會，供大家參考：

2.3.1 對于因混凝土離析造成的骨料堆積、砂漿少的缺陷，由于骨料聲速高于砂漿，因此該缺陷處的聲速基本不會比正?；炷恋蜕踔疗撸暡ń?jīng)過的界面明顯增多，導(dǎo)致幅度下降。相反對于骨料少而砂漿多的低強區(qū)，其波速偏低，但幅度基本不變甚至偏高。

2.3.2 對于因坍塌形成的縮徑、夾泥（砂）缺陷，導(dǎo)致該處的聲速、幅度較正常混凝土均有明顯的下降，因缺陷介質(zhì)的聲速低于混凝土、衰減系數(shù)高于混凝土，可通過斜測或扇測確定缺陷的徑向尺寸范圍及位置，確定其縮徑、夾泥（砂）的位置及范圍。

2.3.3 樁底一段深度范圍內(nèi)的波速和幅度的明顯下降表明樁底存在一定厚度的沉渣，因清孔未徹底遺留的成孔過程中的地層松散體，成分復(fù)雜、波速低、衰減大。

2.3.4 樁頭部分波速和幅度明顯、緩慢下降一般表明該范圍內(nèi)浮漿過多、強度較低，因灌注樁澆筑工藝會導(dǎo)致在澆筑過程中上部骨料較少、浮漿及氣泡較多，若澆筑到樁頭部位時上述浮漿未排除會造成波速、幅度及強度降低。

2.3.5 若導(dǎo)管提升不當，或施工故障導(dǎo)致停留時間過長，拔管清理不凈、二次澆筑，形成斷樁，造成聲速和幅度的急劇下降、波形嚴重畸變或無接收波形，且所有剖面的大致相同的深度范圍均存在上述異常情況。

對于缺陷的性質(zhì)除根據(jù)聲參量的變化情況外，還必須結(jié)合地勘報告、施工工藝、甚至施工記錄（參考）綜合分析，進行判斷。

3 結(jié)語

文章結(jié)合作者的實際工作，對聲波透射法檢測基樁完整性的檢測及缺陷判定，旨在為從事該項工作的同仁提供參考，可能不盡全面、準確，歡迎同仁指正并進一步交流。

參考文獻

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