第ｌ６卷第２期 ２０１３年４月 西安文理学院学报：自然科学版 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｔｓ＆Ｓｃｉｅｎｃｅ（Ｎａｔ Ｓｃｉ Ｅｄ） Ｖｏｌ＿ｌ６ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１３ 文章编号：１００８－５５６４（２０１３）０２－０１００－０４ 桩基超声波法测试技术探讨 柴彩萍 （陕西交通职业技术学院公路工程系，西安７１００１８） 摘要：为寻求提高超声波透射法测桩精度和结果分析水平措施，在分析超声波透射法检测桩基完 整性的基本原理、测试方法和缺陷判断的基础上，结合工程实践，从测试准备、测试过程控制、测试结果 分析等方面，提出有效保证措施，为超声波透射法在桩基完整性检测中的推广应用提供参考． 关键词：桩基完整性；超声波透射法；优化措施 中图分类号：Ｕ４１６．１ 文献标志码：Ａ Ｏｎ ｔｈｅ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｉｌｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ＣＨＡＩ Ｃａｉ—ｐｉｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉｈｎ ７１００１８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｕｒ ｓｔｕｄｙ ａｉｍｓ ａｔ ｓｅｅｋｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｅｓｔ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｕｈｒａｓｏｎｉｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｗｅ ｇｉｖｅ ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ， ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｄｅｆｅｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｓｓｕｒａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｅｓｔ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｔｅｓｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｔｏ ｂｅ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌ・ ｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ 桩基础作为常用的基础形式之一，能穿过软弱地层，把来自上部结构中的荷载传递到更密实、更坚 硬、压缩性小的土层或岩层，具有承载能力高、抗震性能好、沉降量小等优点，而广泛应用于桥梁、塔架、 重型构筑物、堤坝、高层建筑及海上采油平台以及核电站等工程．但同时，桩基础作为隐蔽工程，成桩过 程大多是在地面以下或水下完成，施工工序繁多，质量控制难度大，极易产生断桩、缩颈、扩颈、离析等缺 陷，进而影响上部结构安全，造成严重工程事故，所以，选取适当方法检测桩基质量，提高桩基检测分析 水平，查明桩内缺陷是保证工程安全与耐久的前提．目前桩基无损检测的方法主要有应力波反射法和超 声波投射法，应力波反射法因其激振能量小，对深部缺陷及桩底反应不灵敏，深部及桩底缺陷往往测不 出来，而且受桩长、桩径限制，以及桩身存在多处缺陷时，由于多个反射波相互干涉，形成复杂波列，对桩 身缺陷的类型、程度及位置难以做出准确的判断，而超声波透射法通过声学参数的变化来判断桩身质量 收稿日期：２０１３－０２－０８ 基金项目：城市轨道交通工程优质资源共享课建设研究（ＹＪ１２００２１）；陕西省教育厅科研计划资助项目（１２ＬＫ０８０６） ｔｔｚ￣ｔｌｇＣｉ＂：柴彩萍（１９７７一），女，山西永济人，陕西交通职业技术学院公路工程系讲师，硕士，主要从事公路材料和 结构检测研究． 第２期 柴彩萍：桩基超声波法测试技术探讨 １０１ 问题，灵敏度很高，抗干扰能力很好，能详细查明桩身内部缺陷的性质、深度位置、范围大小、严重程度 等，而且不受桩长、桩径限制．因此，相对而言，特别是对于大直径超长桩，采用超声波透射法来检测桩身 昆凝土质量更为可靠 ． １超声波透射法浅析 １．１ 声波透射法测试基本原理 超声波检测装置如图１所示，发射换能器置于被测桩的声测管中，它把发射系统送来的电磁波转换 为超声波并向桩身内辐射，超声波在桩身混凝土中传播后到达另一个声测管，被安置在其中的接收换能 器接收并转换成电磁波，经放大器放大，数据采集系统转换成数据信号后送人数据处理系统（微型计算 机）．通过对数据信号的观察、判读，即可对被测混凝土的质量做出判断． 当桩身混凝土均匀，声波呈直线传播，各测点声时值相当；当桩身混凝土中存在断裂、裂缝、夹泥和 密实度差等缺陷时，声波信号在传播中将发生绕射、折射、多次的反射及不同的吸收衰减等现象，从而使 声时值（声波传播时间）延长，波幅减小，波频下降，波形畸变，利用超声波在混凝土中传播的这些声学 参数的变化，来分析判断桩身质量． １．２声波透射法测试方法 发射与接收换能器以相同标高或保持固定高差，同步升降，在桩身质量可疑的测点周围，应采用加 密测点，或采用斜测、扇形扫测等进行复测如图２所示，进一步确定缺陷的位置和范围． 图１声波透射法测试装置 ／／ 剁测 ｉ 。， ／ ｌ：／ ／ ｉ Ｉ一超声检测仪；２－发射换能器 ３一接收换能器；４一声测管；５－桩身 图２声波透射法测试方法 １．３桩身完整性和缺陷判断 （１）概率法 计算桩各测点声学参数的平均值 及标准差 ，然后计算临界值 ＝ ＋ （声时值）或 ＝ 一 勋（声速、波幅或频率）． 在所统计的各声时值中，当某一个数大于或等于 时，则该数及大于该数的声时均为异常值在所 统计的声速、波幅或频率值中，某一个数小于或等于 时，则该数及小于该数的值均为异常值．各异常 值所对应的测点即为缺陷可疑点． （２）ＰＳＤ判据法 ＰＳＤ判据是以声时值与深度关系曲线相邻两点之间的斜率与差值之积作为判据，具体计算公式： 并 若桩身混凝土质量均匀，相邻测点声时值相等或接近，Ｋ等于或接近零；若桩身存在缺陷，相邻测 点声时值相差较大，从而使Ｋｉ较大．对比Ｋｉ与各种缺陷（夹层、空洞、蜂窝）ＰＳＤ判据ｌ临界值 ，确定缺 陷类型． ２桩基超声波测试优化措施 采取有效措施，加强对检测过程的控制，提高检测的精度和结果分析水平，充分发挥超声波法优势， １０２ 西安文理学院学报：自然科学版 第ｌ６卷 有利于根据检测结果客观评价桩基质量，避免误判．结合工程实践，总结经验，给出以下建议，以资参考． ２．１声测管应“联结可靠不脱开。密封良好不漏水，管与管间互相平行，管内无异物保持通畅” （１）声测管既要有足够的机械强度，保证在混凝土浇注过程中不变形，又要与混凝土粘结良好，可 优选钢管． （２）声测管通过点焊或铁丝绑扎的方法直接固定在钢筋笼内侧，一直埋至桩底，底部应预先封焊 死，上端应高出桩顶３Ｏ～５０ ｃｍ，上端应加盖防止异物掉人管内． （３）声测管的长度规格一般为９ ｍ，较长桩基的声测管需由多个节段连接，接头形式有钳压式、热缩 胶式、推插式、法兰式、螺旋式等，实践结果表明，采用橡胶件的螺旋式接头对声测数据的影响较大 ２］， 应避免使用． （４）声测管内径应比换能器外径略大１０—２０ ｃｍ，常用规格内径为５Ｏ～６０ ｃｍ，保证换能器顺畅 移动． （５）声测管根数根据桩径Ｄ大小决定，当Ｄ≤０．８／／＇１时，应布置２根；当０．８ ｍ＜Ｄ≤２ ｒｎ时，应呈 等边三角形布置３根；当Ｄ＞２ ｍ时，应呈正方形布置４根． （６）声测管的布置以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分级，每两根编 为一组． ２．２加强检测过程控制，提高检测精度 （１）测定时桩身混凝土的龄期应大于１４天，且应满足“受检桩混凝土强度至少达到设计强度的 ７０％，且不小于１５ ＭＰａ”的规定 Ｊ，因为１４天后超声波声学参数的变化已经趋于平缓． （２）测点间间距不宜大于２５０ ｍｍ，以保证测点间声场对桩身混凝土的覆盖面，防止缺陷的漏检； 测试中对收、发换能器深度随时校准，避免其累计相对高程误差过大（超过２０ ｍｍ）而引起较大的测 试误差． （３）一根桩有多根检测管时，应将每２根检测管编为一组，分组进行测试；在同一检测剖面的检测 过程中，声波发射电压和仪器设置参数应保持不变，以保证不同测点处检测数据的可比性和应用价值． （４）每组检测管测试完成后，测试点应随机重复抽测１０％～２０％，对声时及波幅异常的部位，应采 用水平加密、等差同步或扇形扫测等方式进行细测，其发、收换能器连线的水平夹角一般为３０。一 ４０ ｏＬ ，并应结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及严重程度，如图３所示． ｝ 羹 ｊ 彰 蟮 ｌ 一 图３缺陷大小及位置的细测判断 ２．３ 综合各方因素。提高结果分析准确度 测试结果分析时，应结合桩基施工情况，综合各声学参数，全面判断缺陷．首先以声时值进行概率法 统计判断，获得低于临界值（单点判断和相邻点判断）的异常点的位置和深度，再分析振幅大小的变化， 把那些声时值低于临界值且振幅又明显偏低的测点和部位定为异常部位，必要时辅以振幅和波形，确定 缺陷的范围和大小、种类和性质，同时还要考虑声测管不平行、接头等ｘ－，ＪＮ试结果的影响，下面结合工程 第２期 实例加以说明． 柴彩萍：桩基超声波法测试技术探讨 ｌＯ３ 陕西省某高速公路桥梁钻孔灌注桩基础，全部采用水下灌注混凝土施工工艺，设计桩径为１．８ ｍ， 采用ＲＳ—ＳＴ０１ Ｃ型非金属超声检测仪检测其完整性，每根桩埋设３根声测管，分别对组成的三个剖面 进行检测，结果如图４～图７所示． 从图４～图７声波参数沿深度变化曲线图可以看出，ＡＢ和ＡＣ剖面声测曲线表明，该桩在管深３．５ —５ ｉｎ范围内声速、波幅、ＰＳＤ判据均明显异常，而ＢＣ剖面声测曲线正常，从而可认为缺陷发生在桩的 边缘，声测管Ａ附近，则有可能是缩颈或声测管附着泥团，又因由它构成的两个测试面在该高程处都出 现异常测值，且声速、特别是波幅下降比较明显，所以可以判定声测管在该高程处被泥团包裹． 图４ ．、Ｂ剖面声时一波幅沿深度变化曲线图 图５ 、Ｉ｛剖面声时一ｌ’ｓＩ）沿深度变化曲线图 ０ ０ 图６ ＡＣ剖面声时一波幅沿深度变化曲线图 图７ ＢＣ剖面声时一波幅沿深度变化曲线图 ３结论 超声波透射法具有原理直观、测试过程简单、测试结果全面等突出优点，成为桩基完整性检测的主 要方法之一，但其测试过程和测试结果受诸多因素影响．本文结合工程实践，从测试准备时声测管的要 求、测试过程中测试时间、测试间距、换能器布置方式、测试方法的控制及测试结果分析时应考虑的因素 等方面，提出有效保证措施，从而有利于提高测试精度和结果分析水平，减小误判可能，为超声波透射法 在桩基完整性检测中的推广应用提供参考． ［参考文献］ ［１］ 张宏，鲍树峰，马哗．大直径超长桩桩身缺陷的超声波透射法检测研究［Ｊ］．公路，２００７（３）：６９—７２． ［２］ 何通，胡兆同．动测法在桥梁桩基检测中的应用［Ｊ］．现代交通技术，２０１２（４）：４６—４９． ［３］ 中华人民共和国交通部．Ｚ…ｋ．………，、Ｉ 技术规程（ＪＴＧ／Ｔ Ｆ８１—０１—２００４）［Ｓ］．北京：人民交通出版社，２００４ ［４］ 曾宪植，罗金虎，黄炜．嘉绍跨江大桥‘Ｐ３．８ ｍ超大直径深孔钻孔桩基桩检测［Ｊ］．桥梁建设，２０１０（１）：６７—６９． ［责任编辑王新奇］