应用超声波技术对大直径、超长桩基进行质量完整性测试

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摘 要：本文以某大桥钻孔灌注桩的桩身质量完整性测试为例，介绍了应用超声波检测技术对大直径、超长度桩基进行质量检测的过程及应用该技术对缺陷性质判定的探索。

关键词：超声波技术；桩基质量；检测

中图分类号：C35 文献标识码： A

1.工程概况

某大桥钻孔灌注桩，桩径Φ1.8m，桩长115m。该桩在灌注过程中发现导料管漏水，于是停止灌注，提出导料管修好后，未采取任何措施，又将导料管放入继续灌注。该桩灌注完成9天后，建设单位委托我们对其进行质量检测。由于该桩设计长度为115m，应用低应变法测试其桩身质量完整性时，由于低应变法的激励能量较低，能量波沿桩身传播时逐渐衰减，无法得到桩基底部的反射波，因此无法对桩基底部的质量进行评判。鉴于该桩在灌注时已预埋了声测管，因此我们根据该桩的实际情况，决定采用超声脉冲法对其质量进行检测。

2.超声波技术在混凝土灌注桩质量检测中的应用

超声脉冲检测法对灌注桩进行质量检测是在材料超声检测技术基础上发展起来的，它是检测混凝土灌注桩连续性、完整性、均匀性以及混凝土强度等级的有效方法。它能准确地检测出桩内混凝土中因灌注质量问题造成的夹层、断桩、孔洞、离析等内部缺陷，并能测出混凝土灌注均匀性及强度等级等性能指标。目前，已广泛应用于工程基桩质量检测中，成为我国灌注桩质量检测的重要手段之一。

超声波测试桩基质量的基本原理

超声波在不同材料中的传播速度、能量衰减不同，在正常混凝土中的传播速度一般在3600m/s-4200m/s之间，能量衰减较小。当传播路径上遇到混凝土有裂缝、夹泥和密实度等缺陷时，声波将发生衰减，部分声波绕过缺陷前进，产生漫射现象，因此传播时间延长，波速减小。而遇有空洞的空气界面要产生反射和散射，使波的振幅减小。桩的缺陷破坏了混凝土的连续性，使波的传播路径复杂化，引起波形畸变。所以声波在有缺陷的混凝土桩体中传播时，振幅减小，波速降低，波形畸变。

3.测试过程及缺陷位置判定

该桩基共预埋了3根声测管，每两根声测管作为一组，试验前把每根声测管注满清水作为声波在测管中的传播介质。

测试时先将1、2号测管作为一组，将发射传感器、接收传感器分别放入1号测管和2号测管，将两传感器置于测管顶端同一水平面上，然后沿桩长方向匀速行进。行进时发射传感器连续发射超声脉冲波，设置接收传感器每行进5cm 接收一组信号，包括超声波在桩身混凝土中传播的时间和能量。

测试过程中当两传感器行进到86m左右时接收传感器接收到的超声波波速值明显变小，而且波幅明显下降，能量严重衰减。初步判定该处混凝土存在较严重缺陷。为了查明缺陷分布，继续让两传感器处于同一水平面匀速行进，当两传感器行进到88m左右时，超声波的波速值、波幅等恢复正常。根据测试波形、波速值的变化情况，初步判定该缺陷可能为夹层。然后在厚夹层上下界面附近应用扇形扫描法，即固定一个传感器，使另一传感器在夹层界面附近上下移动，并实时记录两传感器的高差，从而确定夹层上下界面的具置。

同样方法通过其它两组测管测试混凝土质量（即1、3号测管；2、3号测管）。

经测试计算确定缺陷沿桩纵向位置在86.5m-87.8m之间。

根据超声波在不同材料中传播特性不同，应用扇形扫描法，可以确定不同类型缺陷区在桩基横截面的临界点，从而确定缺陷在试验桩横截面上的分布。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区分别为不同类型缺陷区。

通过对整根桩基测试，发现该桩基其它部分无缺陷且混凝土质量较好。无缺陷区混凝土波速一般在4000m/s，波幅稳定，能量规律衰减。

整根桩基测试的超声波波速值、能量值。

4.缺陷性质判定

准确判定缺陷的形式、性质是各级工程技术人员都非常关心的问题，针对该桩施工时出现的问题及桩基所处地质条件，我们初步判断缺陷区可能存在泥沙沉淀层、离析混凝土及沉渣等情况。为了准确判定缺陷的性质，我们对有关试样进行了超声波参数测试。测试试样的选取：良好混凝土利用试验桩中的无缺陷混凝土；桩头浮浆利用试验桩未凿除的桩头部分；重泥浆采用灌注试验桩时的沉淀泥浆。各试样超声波测试结果见表1。

表1

对桩身缺陷和试样的有关参数进行对比计算分析，最终判定桩身缺陷：Ⅰ区为夹泥层，Ⅱ区为泥沙、离析混凝土、沉渣混合层，Ⅲ区为离析混凝土区。

5.试验对比

对该桩进行钻芯取样，钻到缺陷区时取出的芯样为较散碎的混凝土块，估计可能钻到了缺陷Ⅱ区，这与测试结果基本一致。

6.结论

超声波检测技术在大直径、超长桩基的质量完整性测试中具有

简便、快速、成本低、准确度高等其它检测方法不可比拟的优点。必将在桩基检测别是在大直径、超长度桩基的质量完整性检测中得到广泛的应用。