橋梁鉆孔灌注樁跨孔聲波透射法缺陷檢測分析

趙 瑜

(山西長興路橋工程有限公司，山西 長治 046000)

1 樁基缺陷檢測技術發展概況

20世紀30年代，聲學檢測法首次被運用到結構混凝土檢測中，主要以混凝土中聲波傳播速度進行質量判定。20世紀40年代，超聲波法被運用到混凝土質量檢測中。1949年，英國的加特費爾德和加拿大的切斯曼首次將超聲波技術運用到結構混凝檢測中。經過幾十年的發展，超聲波檢測技術在軟件和硬件都得到了很大的發展，成為混凝土質量檢測的重要方法。20世紀50年代，我國開始研究超聲波技術，60年代將超聲波檢測技術運用到工程檢測中，70年代首部超聲波檢測儀研發制造，通過進行多次研究，取得了很多成果。

近年來，我國公路交通事業得到了快速的發展，鉆孔灌注樁在橋梁施工中得到了大量的應用，并促進樁基礎檢測技術的快速發展。尤其在動力試樁方面，我國進行了大量研究，研究水平居世界前列。跨孔聲波透射法屬于聲波檢測法的一種，近年來得到了快速發展，并被廣泛應用在橋梁鉆孔灌注樁完整性檢測中。本文對跨孔聲波透射法的基本原理進行分析，并重點對樁基缺陷檢測結果進行分析，說明其在工程建設中具有十分重要的實用價值。

2 跨孔聲波透射法的基本原理

跨孔聲波透射法的基本原理是基于自動測樁系統的工作原理，通過在樁基中布設測點，通過對超聲檢查儀主機控制高壓脈沖發射系統，在測點間測試參數與測樁提升系統取得通信。高壓脈沖信號發出后，通過發射換能器轉化成聲波信號，聲波信號傳入聲測管間樁身后，接受換能器將聲波信號轉換為電信號，經放大后按照設置的增益參數進行調整，數模轉換后將調整后的電信號轉換為數字信號。最后，將數字信號傳輸到主機顯示器，顯示出波形及聲波參量，逐步將各檢測結果存儲起來，提供給工程技術人員，用來對樁基完整性進行判定，進而確定樁基存在的缺陷。

3 鉆孔灌注樁樁基缺陷類型的判斷

3.1 完整樁

鉆孔灌注樁樁身完整，樁身內部混凝土均勻，超聲檢查儀高壓脈沖發射系統發射超聲波，聲波在混凝土內部傳播速度快，聲速約4 500 m/s左右，波幅計算公式A=Ame-al，其中，Am為樁基測點的激發質點最大振幅值；l為聲測管的間距；A為接收到的聲波波幅值。完整樁基檢測曲線如圖1所示。

3.2 樁頭低強度區、沉渣、二次澆灌面

鉆孔灌注樁施工過程中，樁頭容易摻雜淤泥、鉆渣等雜物，屬于低強度區，施工中應將樁頭截去。但有時由于混凝土澆筑方量不夠，可能會殘留一部分樁頭，形成低強度區。通過對截去的樁頭進行觀察，可以看出樁頭內部泥漿、浮漿的分布情況，可以把這些雜物看作較均勻低速介質。另外，通過觀察，還可以了解到二次澆灌面的物理特征。沉渣屬于巖屑和泥漿的混合物，可以把它看作是均勻的低速介質。可以將這些雜志呈層狀分布，通過建立聲學物理模型，繪制層狀聲速分布圖，如圖2所示。

圖2中聲速V1>V2>V3>…>Vn，即聲速隨樁深遞減。二次澆灌面與樁頭低強度區類似，但低聲速區分布在完整樁身之間。沉渣位于樁基的最底部，層間聲速分布均勻，但聲速變化趨勢與圖2相反。進一步分析可以得出聲速、波幅隨深度的變化規律。

3.3 樁身空洞與縮頸

當混凝土內部氣泡集中在一塊，會在樁身內部形成空洞。樁身嚴重縮頸會造成聲測管暴露在樁身外部，在聲測管附近形成空洞。采用跨孔聲波透射法對樁身空洞進行檢測，聲線長度計算公式為l′=(r4+l2/2)1/2，其中，r為空洞半徑；l為聲測管管距。聲線長度越大，聲時變大，聲速降低，接受的超聲波波幅也產生下降，主頻降低。對于產生嚴重縮頸的樁身，聲波體積很小時，會造成聲速和波幅降低；聲測管周圍的空洞體積過大時，會造成聲波信號接收不到。

3.4 夾泥、離析

樁身出現夾泥、離析時，跨孔聲波透射法檢測結果中會出現低聲速區。由于聲波在樁身缺陷處會發生繞射，并在缺陷內部折射和多次反射，造成聲速降低。產生多次反射的波較完整樁身的波傳遞速度慢，最后被接收。樁身存在夾泥、離析缺陷時所得到的波形復雜，聲速、波幅和頻率都會下降。

4 鉆孔灌注樁質量缺陷檢測

4.1 工程實例

某大橋設計全長126 m，采用先簡支后連續施工。樁基設計采用鉆孔灌注樁，樁徑為φ250 cm，設計樁長為70 m，樁頂設計標高為345.5 m。為保證施工質量，在樁基礎完工后對樁身完整性進行檢測。采用跨孔聲波透射法進行檢測，施工中預先在樁孔內預埋聲測管。并根據檢測結果對橋梁存在的缺陷進行分析，用于判斷樁基施工質量是否合格。

4.2 樁基缺陷檢測分析

鉆孔灌注樁混凝土澆筑完成后，清除混凝土表面浮漿，對樁身混凝土采用跨孔聲波透射法進行完整性檢測。圖3為B7號樁基超聲波檢測聲速圖，通過測量數據分析可知，在樁頂以下62 m～66 m，聲波傳播速度極低，估計樁身存在夾泥或離析等缺陷。為準確核實以上結果，分別選取6個剖面對樁頂以下62 m～66 m樁身進行CT檢測，檢測結果如圖4所示，受文章篇幅限制，只列出其中兩個剖面的CT檢測結果。

結合圖4和B7號樁基其他4個CT檢測剖面圖檢測結果，可以看出樁頂以下62 m～66 m樁身存在缺陷。芯樣長度為2.55 m，并確定其他區域無缺陷。通過進一步鉆芯取樣，對試樣分析得出結果如表1所示。

表1 B7號樁基鉆芯取樣結果

從鉆芯取樣的結果來看，樁身上部混凝土完整性好，樁頂以下62.56 m屬完整樁。樁身以下62.56 m～64.14 m內部摻雜粘土，64.14 m～65.32 m內部摻雜粉砂，存在明顯缺陷，說明在鉆孔灌注樁混凝土灌注施工的過程中出現了塌孔。

4.3 樁身缺陷處治方案

為了對樁身缺陷部位進行處治，預防質量事故出現。對B7鉆孔灌注樁缺陷處治前，在樁基外圍采取高壓旋噴注漿技術進行帷幕注漿，形成旋噴樁帷幕，將外界土體與樁身隔離，為下一步對樁身質量進行檢測提供施工條件。使用地質鉆機在樁身鉆101 mm芯孔，對樁身缺陷部位采用高壓水或漿液切割沖洗，沖洗干凈后，注漿、旋噴補強，提高樁基礎強度，提高樁身完整性，旋噴樁及注漿取芯孔布置如圖5所示。處治完成后，再次使用跨孔聲波透射法對樁身混凝土完整性進行檢測，試驗結果表明樁身完整性良好。

5 結語

超聲波檢測技術是目前鉆孔灌注樁施工質量檢測最有效的方法之一，在橋梁樁基檢測中得到了廣泛的應用。本文結合工程實例，通過對跨孔聲波透射法樁基完整性檢測結果進行分析，得出以下結論：

1)跨孔聲波透射法是根據檢測后得到的波形對樁基礎的完整性進行判斷，確定其存在的質量缺陷及位置。2)通過對B7號樁基采用跨孔聲波透射法進行完整性檢測，說明樁頂以下62 m～66 m存在缺陷，經鉆芯驗證摻雜粘土和粉砂。3)采取高壓旋噴樁對樁基周邊旋噴樁進行處治，并在樁身鉆芯對樁身內部的粘土和粉砂進行沖洗，注漿加固，經檢驗后說明達到了規范要求。