超聲波透射法在鉆孔灌注樁完整性檢測中的應用探討

（漳州市交通建設工程質量檢測中心， 福建 漳州 363005）

0 引言

近幾年隨著安全技術等級要求的不斷提高，我市各交通建設項目的橋梁下部基礎，除了個別小橋外，基本采用鉆孔灌注樁結構。由于灌注樁施工屬于隱蔽工程，其施工過程中受地質條件、機械設備、施工工藝、技術管理等多種因素的影響，容易出現縮徑、夾泥、斷樁、離析、樁底沉渣超過設計值等質量缺陷。在現行各種基樁完整性檢測方法中，超聲波透射法是一種經理論和實踐證明極為有效的檢測方法，在我市交通建設工程檢測中的應用十分廣泛，因此，探討超聲波透射法在鉆孔灌注樁基樁完整性檢測中的應用，具有較強的現實意義。

1 超聲波透射法檢測的原理

超聲波透射法是在通過樁身中預埋的聲測管，使用清水作為耦合劑，借助于換能器發射和接收超聲波信號，將電能轉變為機械能，使能量穿透砼灌注樁，接收換能器將接收到的超聲波轉變為電信號，通過接收到的超聲波波速、波幅、頻率、波形等參數判定砼樁的缺陷。

超聲波在砼中的傳播速度快慢，與砼密實程度有關，對于質地相同且距離相同的砼樁來說，波速越高則表明砼越密實，反之，則表明砼密實程度較差。如果砼中存在斷層、蜂窩、夾泥、離析等情況，則破壞了砼的整體性，進而導致相應的聲時偏長，聲速下降。而超聲波作為復頻波，其高頻波與低頻波在缺陷界面會發生不同程度的折射、繞射現象，由于衰減程度不同，高頻部分的波幅、振幅衰減較顯著，主頻率向低頻 飄移，導致后續疊加波形而產生明顯的畸變。通過計算機軟件對接收換能器接收到的聲學參數進行綜合分析，即可對基樁完整性的類別進行判定。

2 超聲波透射法檢測數據的采集

2.1 做好檢測前的準備工作

現場檢測前準備應包括：

（1）收集待檢基樁施工原始記錄和設計資料，重點了解施工中的異常狀況。

（2）筆者在實際工作中經常遇到聲測管在樁底素砼段漏埋或鋼筋籠浮籠的情況，導致無法完整地采集到全樁長的聲測數據。因此在實際檢測前，應檢查施工方是否已按規范要求埋設聲測管，同時應檢查聲測管埋設長度是否符合規范和設計要求，是否存在堵管現象。

（3）檢測時間應滿足規范規定的齡期要求。

（4）檢查檢測儀器的檢定證書，確保其在有效期內，對計數滑輪進行自校，使儀器顯示值與實際提升高度一致，為保持檢測中的電源穩定，應避開干擾源。

2.2 數據的現場采集

對所檢基樁的聲測管進行編號，量取聲測管外壁間距，測試時建議用提升方法進行檢測，即將聲波換能器下放至樁底，查看所測管間管口電纜線刻度標識是否一致。打開檢測儀進入工作狀態，對測點間間距進行設定(不大于250mm)，檢測開始后，勻速同步提升收、發換能器，直至將換能器提升至樁頂，依此類推檢測其他剖面。對信號異常部位，可采用水平加密，等差同步，扇形掃測等方法細測。

3 超聲波透射法檢測樁身缺陷的判定方法

檢測鉆孔灌注樁完整性的關鍵在于對現場檢測數據的分析，通過分析和研究數據，對基樁的完整性進行判定。由超聲波檢測的原理不難發現，超聲波聲速、波幅、頻率、波形是反映被測介質質量的重要指標，通過分析其變化情況，同時研究這些參數間的相關關系、綜合運用，可以為基樁完整性的判定提供可靠的依據。

3.1 聲速概率法判斷砼樁缺陷

根據聲波檢測理論，在正常情況下，聲時檢測參數呈正態分布，當樁身存在缺陷時，缺陷處的檢測數據必然偏離正態分布，因此，當使用聲速判斷缺陷時，可確認檢測值是否符合正態分布，并確定區分正常值與異常值的標準差，進而從中找出異常值。這種方法是一種概率法判據，是判斷某一測點的聲速與平均值的偏離程度（如右下圖）。同時也應注意當砼樁檢測剖面的聲速普遍較低時，其標準差將非常小，進而無法找出砼樁的異常值。

聲速和聲速平均值可下列公式進行計算：

其中，t—聲時值

—測點數；

—第個測點的聲速值

—砼聲速平均值

聲速判定依據：

當測試砼的聲速值低于聲速臨界值時，該區域為缺陷可疑區域，即為聲速臨界值。在檢測應用中，聲速臨界值計算標準差保證率系數通常采用2倍。即：

其中，—砼聲速的平均值

—砼聲速標準差。

3.2 波幅判據混凝土缺陷方法

超聲波波幅衰減與混凝土質量有著顯著的相關性，衰減程度越大，說明缺陷越嚴重，是判斷砼內部質量的重要聲學參數之一。在應用實踐中，以波幅平均值-6dB作為波幅臨界值，當實際測試值低于臨界值時，可將該區域作為可疑缺陷區。

3.3 PSD判據砼缺陷方法

在實際檢測中，由于多種因素的影響，導致基樁砼的均勻性存在較大的差異，因此，超聲波的聲時也相對離散，且鋼筋籠扭曲等方面的影響，無法保證聲測管是平行的，有可能存在聲測管位移的現象，進而導致實際測量時聲時檢測值較理論值偏大或偏小，針對這一問題，可采用PSD法判據。

其中，為第i、第i-1個測點的聲時值為第i個測點的深度值(m)。

PSD判據方法以常用的數理統計方法求出平均聲時，利用聲時—深度線相鄰兩點之間的斜率與聲時差的乘積來判斷可疑缺陷點，故PSD值對界面變化明顯的局部缺陷十分敏感。同時，PSD判據方法取決于相鄰測點的聲時差，因此，PSD判據對砼不均勻、聲測管偏位等非缺陷引起的聲時變化，基本上不反映，有效保證了檢測的準確性。同時，在實際檢測中還應注意，當砼樁相對較為密實但低強，或者當相鄰測點之間都存在缺陷時，PSD曲線將無法有效反映出缺陷，需要結合聲時、波幅進行綜合判定。

4 工程實例分析

在工程實踐中，運用超聲波透射法檢測范圍和數據精度較高的優點，根據三種判據法結合其他參數綜合判斷，可有效判定樁身缺陷。以下基樁檢測時采用ZBL-520型非金屬聲波儀，儀器參數設置符合《公路工程基樁動測技術規程》相關要求。

例1漳州互通增設出入口改造工程A匝道橋24-1號基樁，該樁設計長度為46.05米，其設計強度為C30，設計直徑為1.5米，依設計要求，樁內布置了三根聲測管，檢測時齡期已超過28天，經超聲波透射法檢測，發現該樁存在多處缺陷，其中2-3剖面及1-2剖面在樁頂往下2.65米處至3.65米處多個測點聲速值及波幅值明顯小于臨界值，PSD值突變（見圖 1、表 1），波形與正常測點相比波幅明顯下降，主頻大幅度漂移，后續波幅度也明顯降低（見圖2）。在2-3剖面樁頂往下22.65米處聲速值及波幅值明顯下降，1-2剖面處相同位置聲速值及波幅值略有下降，實測波形首波幅值明顯下降，但后續波仍有一定幅度（見圖3）。根據檢測規范可判定該樁為Ⅲ類樁，樁身質量不滿足設計及施工要求。該樁在聲測完成后，經開挖及鉆芯法進一步驗證，發現淺部存在露筋，22.65米處2-3剖面芯樣存在夾泥，其他兩剖面芯樣正常。

圖1 全樁身剖面深度－聲速、波幅、PSD曲線圖

表1 淺部2.05至4.05米，22.05至23.05范圍內三剖面深度－聲波、波幅、PSD采樣數據

幅、PSD采樣數據（本剖面聲速平均值為3.854km/s，波幅平均值為105.47dB,聲速臨界值為3.593km/s，波幅臨界值為99.47dB）幅、PSD采樣數據（本剖面聲速平均值為4.053km/s，波幅平均值為105.62dB,聲速臨界值為3.706k1m/s，波幅臨界值為99.62dB）幅、PSD 采樣數 據（本剖面聲速平均值為4.033km/s，波幅平均值為105.50dB,聲速臨界值為3.455km/s，波幅臨界值為99.50dB）深度（m）波速（km/s）波幅(dB)PSD(us^2/cm)波速（km/s）波幅(dB)PSD(us^2/cm)波速（km/s）波幅(dB)PSD(us^2/cm)2.05 3.814 104.44 0.008 4.069 98.59 0.800 3.853 104.43 0.800 2.25 3.820 104.44 6.272 3.996 102.89 10.952 3.788 104.27 0.200 2.45 3.647 99.88 0.200 3.750 97.87 2.888 3.820 103.22 0.288 2.65 3.617 98.24 2.048 3.635 99.88 0.200 3.782 103.04 0.288 2.85 3.527 98.59 1.800 3.664 98.59 0.128 3.820 106.04 0.072 3.05 3.612 98.93 0.968 3.689 98.24 23.328 3.801 104.59 0.648 3.25 3.676 98.59 51.200 4.047 99.57 156.800 3.859 102.45 0.200 3.45 3.251 96.65 8.712 3.233 89.72 30.752 3.893 105.05 0.512 3.65 3.103 87.53 109.512 3.549 86.19 48.672 3.840 105.63 1.152 3.85 3.701 102.45 2.888 4.047 105.12 0.968 3.763 102.84 0.072 4.05 3.820 103.30 0.648 4.128 105.28 1.152 3.782 102.84 0.072 4.25 3.879 104.95 0.032 4.039 103.30 0.032 3.763 102.04 0.072 22.25 3.617 101.76 0.008 3.782 105.29 0.008 4.151 104.59 0.392 22.45 3.612 103.50 1.152 3.775 105.46 1.352 4.098 102.04 0.000 22.65 3.543 93.55 6.272 3.695 103.52 0.392 4.098 103.22 0.648 22.85 3.707 106.75 0.288 3.738 106.90 0.968 4.032 104.10 0.512 23.05 3.670 103.30 0.008 3.807 107.61 0.072 4.091 104.43 0.128

圖2 淺部部份異常點處波形圖

圖3 剖面22.65米處異常點波形圖

例2 廈成高速漳州段A6合同段B匝道橋4-2號基樁，該樁設計長度為21.11米，其設計強度為C25，設計直徑為1.2米，根據設計要求，樁內布置了三根聲測管，檢測時齡期已超過14天，經超聲波透射法檢測，發現2-3剖面在0.05米至1.25米范圍內聲速略有下降，波幅明顯的降低。1-3剖面在0.05米至0.65米范圍內聲速略有下降，波幅明顯偏小。1-2剖面在0.65米處聲速明顯偏小，波幅偏小。部份聲速值及波幅值低于臨界值，PSD值有變大（見圖4、表 2），異常點處首波幅值明顯下降（見圖5）。經相關參數綜合判定，疑似樁身淺部存在砼離析，經開挖驗證，發現淺部砼較為松散，3號管處更為明顯（見圖6），符合判斷。

圖4 全樁身剖面深度－聲速、波幅、PSD曲線圖

表2 淺部2.45米范圍內三剖面深度－聲波、波幅、PSD采樣數據

5 結語

運用超聲波透射法檢測鉆孔灌注樁基樁完整性，具有成本適中，檢測速度較快，對缺陷位置、類型、性質判定客觀、準確的特點，是一種行之有效的無損檢測方法。同時也應注意超聲波透射法一些不足，例如無法判定基樁持力情況，對聲測管外砼存在檢測盲區等，實際檢測過程中對有疑問基樁可結合其他檢測方法進一步驗證，相信伴隨著檢測儀器精度的提高及檢測人員實踐經驗的不斷積累，超聲波透射法將會有更好的市場應用前景。

[1]JTG/T F81-01-2004公路工程基樁動測技術規程[S].北京：人民交通出版社,2004.

[2]劉雨嵐,周茗如.超超聲波透射法檢測基樁完整性常見缺陷對應聲參量特性分析[J].中國建材科技,2016,25(03):13-14+47.

[3]李式雄.橋梁鉆孔灌注樁質量的超聲波檢測分析及缺陷的防治與處理 [J].華東公路,2009(6):24-30.