超聲波透射法在樁基完整性檢測中的應用研究★

張煒熠 高志民 王繁興

(1.山東建筑大學交通工程學院,山東 濟南 250101； 2.山東省泰安市公路局工程一處，山東 泰安 271000)

·巖土工程·地基基礎·

超聲波透射法在樁基完整性檢測中的應用研究★

張煒熠1高志民2王繁興2

(1.山東建筑大學交通工程學院,山東 濟南 250101； 2.山東省泰安市公路局工程一處，山東 泰安 271000)

在論述超聲波透射法的檢測原理、檢測方法和現場檢測技術的基礎上，結合山東省某高速公路擴建工程樁基檢測項目，開展了超聲波透射法在混凝土鉆孔灌注樁樁基完整性檢測中的應用研究，研究成果可為類似工程提供借鑒。

超聲波透射法，檢測原理，樁基，完整性

0 引言

近年來混凝土灌注樁被廣泛的應用于橋梁、搭架、重型構筑物、堤壩、高層建筑等工程建設中。如何對混凝土灌注樁進行完整性檢測，一直是工程界密切關注的技術問題[1]。目前混凝土灌注樁的完整性檢測方法有低應變反射波法、高應變動測法、超聲波透射法等[2]。其中的超聲波透射法是根據超聲波透射(折射)原理，在樁身混凝土內發射并接收超聲波，采集超聲波在混凝土介質中傳播的歷時、波幅和頻率等參數，通過參數變化判定樁身完整性，該方法可以在不破壞樁基結構的條件下直接在樁基上進行重復測試，且可以確定樁基混凝土是否存在缺陷以及缺陷的位置和范圍。

1 超聲波透射法樁基完整性檢測技術

1.1超聲波透射法檢測原理及方法

目前對樁基進行超聲波透射法檢測主要采用雙孔法[3]，即在成孔之后、灌注混凝土之前，在鋼筋籠或孔壁上豎向平行安裝3根或4根鋼管作為聲測管，檢測前在聲測管中注滿清水作為耦合劑，將聲波發射換能器和聲波接收換能器分別放置于兩根聲測管中，通過超聲檢測儀發出一系列周期性超聲脈沖信號，該信號穿過待測的樁身混凝土，由檢測儀所接收。通過儀器中的測量系統可測量出超聲脈沖穿過混凝土所用的時間(據此推算混凝土的聲速)、首波波幅值(或衰減值)及波頻譜等，將反復測量到的樁身各側面上不同深度的這些數據進行處理和分析，即可對樁身各部位是否存在缺陷，以及缺陷大小進行綜合判斷，通過繪制聲速、衰減值隨深度變化曲線，可判斷出樁身混凝土完整性類別。

1.2現場檢測技術

在進行現場檢測前需做好一系列準備工作，主要包括：

1)收集相關資料，如樁的類型、尺寸、標高、施工工藝、樁身混凝土參數等信息；2)被檢測的樁基澆筑齡期需達到相關規范要求，通常大于兩周；混凝土強度需達到設計強度的70%；3)檢查聲測管通暢性，以避免換能器卡住或換能器電纜被拉斷，并注滿清水待檢。

在進行現場檢測過程中，需保證各測點間距小于250 mm；且發射換能器與接收換能器同步升降；對于參數出現異常區域，需采用斜測、扇形掃測或加密測點等方法進行細測。

2 檢測實例分析

山東省某高速公路擴建工程，路線總長17.387 km。路段內包含多座跨線橋，橋梁基礎均為混凝土鉆孔灌注樁，樁基總數為42根。該混凝土鉆孔灌注樁樁徑1 000 mm，樁長23 m，設計強度為C25。樁身埋設3根聲測管，呈正三角形分布，分別形成1—2,1—3及2—3共3個剖面，其中1—2剖面聲測管間距770 mm，1—3剖面聲測管間距800 mm，2—3剖面聲測管間距700 mm。為檢測樁基施工質量及其完整性，采用超聲波透射法對全部42根樁基進行檢測，下面以其中某一根樁基的完整性檢測為例分析其檢測結果。

2.1檢測依據

樁基檢測執行JTG/T F81—01—2004公路工程基樁動測技術規程。

2.2檢測方法及判定參量計算

檢測方法主要有平測、斜測及扇形掃測等，常規情況下使用平測，當樁身質量出現可疑情況時，采用斜側、扇形掃測及加密測點進行復測，本次采用的檢測方法為平測，主要檢測儀器為北京智博聯科技有限公司生產的ZBL-U520型非金屬超聲波測試儀。主要的完整性判定參量如下所述：

1)聲速、幅值及頻率等參量的計算。

聲速、幅值及頻率等參量為判定混凝土質量的主要參數，其相關計算公式如式(1)所示：

(1)

其中，Xm為聲速或幅值、頻率測量值的平均值;Sx為聲速或幅值、頻率測量值的標準差;Cx為聲速或幅值、頻率測量值的離差系數;n為檢測剖面測點數;Xi為第i測點聲速或幅值、頻率測量值。

2)異常臨界值的計算。

a.聲速臨界值計算如式(2)所示，如聲速測量值小于聲速臨界值，則為可疑缺陷區。

V0=Vm-2Sx

(2)

其中，V0為聲速臨界值;Vm為聲速測量值的平均值;Sx為聲速測量值的標準差。

b.幅值臨界值計算如式(3)所示。當實測值小于臨界值時，檢測區域為可疑缺陷區。

A0=Am-6

(3)

其中，A0為幅值臨界值;Am為幅值測量值的平均值。

c.PSD值計算如式(4)所示。波形也是評判樁身混凝土質量的重要參數之一，PSD值(Product of Slope and Difference，聲時—深度曲線相鄰兩點之間的斜率與差值之積)是評價波形的主要依據。PSD值變化明顯時，該測點即為可疑缺陷區[4]。

(4)

其中，ti為第i點的測點聲時值;ti-1為與第i點相鄰點的測點聲時值;zi為第i點的測點深度;zi-1為與第i點相鄰點的測點深度。

上述判據為檢測中最為快捷的判別方式，在判定實際工程檢測結果的過程中，應綜合波速、幅值、PSD值等多種參數，并結合現場地質狀況、施工情況等多種因素，對樁身缺陷類別、位置、程度進行分析判別。

表1 樁身完整性判定表

2.3樁身完整性判定標準

對樁身完整性進行判定，判定標準如表1所示。

2.4檢測結果及分析

該樁基三個剖面的超聲波透射法檢測結果如圖1,表2所示。

表2 樁基3個剖面的聲學參數

由圖1和表2可以看出，該樁各檢測剖面的聲速、幅值均勻，無異常點出現，各點數值均大于臨界值。三個剖面的測點聲速平均值分別為4.604 km/s,4.703 km/s和4.356 km/s，都處于混凝土聲速正常取值范圍內[6]。各點的PSD數值無明顯突變，波形正常。根據JTG/T F81—01—2004公路工程基樁動測技術規程及表1判定：該樁不存在缺陷，樁身結構承載力正常，樁身完整性等級為Ⅰ類，可正常使用。

3 結語

樁基完整性檢測在樁基工程中具有十分重要的意義，運用適當的檢測方法可以獲得準確的數據，進而完成對樁基完整性的判定。

相對而言，目前超聲波透射法具有較高的靈敏度，檢測結果也較為準確，因此本文在論述超聲波透射法的檢測原理、檢測方法和現場檢測技術的基礎上，結合具體工程開展了超聲波透射法在混凝土鉆孔灌注樁樁基完整性檢測中的應用研究，研究成果可為類似工程提供借鑒。

[1] 肖春喜.超聲波透射法在檢測大直徑灌注樁完整性中的應用[J].巖土力學,2003,24(sup):169-171.

[2] JTG/T F81—01—2004,公路工程基樁動測技術規程[S].

[3] 賁能慧,許 樸,曹勇毅.超聲波透射法在檢測超大直徑超長樁完整性中的應用[J].工程質量,2015,33(1):41-43.

[4] 楊曉強.某橋梁工程基樁超聲波透射法檢測研究[J].山西建筑,2011,37(32):165-166.

[5] 楊永亮.超聲波透射法在樁基完整性檢測中的應用[D].武漢:武漢理工大學,2012.

[6] 馬 溁.超聲波透射法在橋梁樁基完整性檢測中的應用[J].公路與汽運,2011(6):173-178.

Applicationresearchofultrasonictransmissionmethodinpileintegritydetection★

ZhangWeiyi1GaoZhimin2WangFanxing2

(1.CollegeofTrafficEngineering,ShandongJianzhuUniversity,Jinan250101,China；2.No.1EngineeringDepartment,Tai’anCityHighwayBureau,Tai’an271000,China)

Discussing the detection principle, detection method and field detection technology of ultrasonic transmission method. Combined with the project of pile foundation inspection of a highway expansion project in Shandong province, carry out the research of the application of ultrasonic transmission method in the integrity test of bored pile foundation of concrete. The research results can provide reference for the similar projects.

ultrasonic transmission method, detection principle, pile, integrity

U446.1

A

1009-6825(2017)27-0059-02

2017-07-12★：山東省交通科技計劃項目(項目編號：2016B08)

張煒熠(1992- )，男，在讀碩士； 高志民(1974- )，男，高級工程師； 王繁興(1963- )，男，高級工程師