王　鵬, 樊　勇, 馬　銳，徐曉東，范瑜洋,

(1. 淮安市建筑工程檢測中心有限公司，江蘇 淮安 223001;

2.灌南縣住房和城鄉(xiāng)建設局，江蘇 連云港 225003；

3. 淮陰工學院 建筑工程學院，江蘇 淮安 223001)

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鉆孔灌注樁的超聲波檢測技術應用

王鵬1, 樊勇1, 馬銳2，徐曉東3*，范瑜洋3,

(1. 淮安市建筑工程檢測中心有限公司，江蘇 淮安 223001;

2.灌南縣住房和城鄉(xiāng)建設局，江蘇 連云港 225003；

3. 淮陰工學院 建筑工程學院，江蘇 淮安 223001)

摘 要：超聲波的波速等參數(shù)在不同介質中有較明顯的差異，在混凝土中傳播時其聲學參數(shù)與混凝土的密實程度存在密切的關系，根據(jù)所采集的聲學信號及參數(shù)的變化情況可以反映出混凝土中介質的變化情況，從而達到判斷基樁完整性的目的。結合某倉庫鉆孔灌注樁的基樁檢測，介紹了超聲波檢測的應用，并對聲波法在基樁檢測中的基本理論、檢測方法及判別標準進行了分析。

關鍵詞：鉆孔灌樁；混凝土；超聲波；檢測

0引言

混凝土鉆孔灌注樁是基礎工程中目前最基本、最普遍的一種深基礎，技術成熟，操作簡便，設備投入不大。因此，被廣泛應用在房屋建筑、高聳結構、鐵路及橋梁等各種基礎設施建設中。但是，由于鉆孔灌注樁屬于隱蔽工程，其質量和內(nèi)部缺陷，尤其是樁身的完整性及混凝土強度，成為成樁后的質量檢測中必不可少的環(huán)節(jié)[1]。目前，對于基樁的基礎方法主要有：鉆芯法檢測、超聲波透射法檢測、低應變法檢測。因為超聲波透射法常會因樁頭施工造成聲波管被挖斷或因管頂?shù)姆馍w脫落造成堵管，無法正常檢測至樁底，對基樁整體進行判定，此時需要局部采用低應變法對樁基補充檢測[2]。本文結合淮陰卷煙廠煙葉倉儲項目三期工程9#、10#煙葉醇化庫的樁基超聲波檢測，分析超聲波檢測的工作原理、檢測方法和實際工程的檢測數(shù)據(jù)分析處理。

1超聲檢測樁基

1.1基本原理

混凝土灌注樁聲透射法檢測的主要工作原理：在樁身中預埋若干根聲測管、聲測管材質可以是鐵管或PVC管、管內(nèi)充滿水作為聲耦合劑。然后將超聲脈沖發(fā)射器和接收傳感器分別置于聲測管中同一水平高度。測試中，兩個傳感器保持同步移動，發(fā)射傳感器發(fā)射超聲脈沖通過樁身混凝土到達接收傳感器接收[3]。由于超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動特性；當混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波達到該界面時，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射波能力明顯降低；如果混凝土中存在松散、蜂窩、孔洞等內(nèi)部缺陷，聲波將產(chǎn)生散射或繞射；依據(jù)波的初至時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變等，可以獲取測區(qū)范圍內(nèi)混凝土的密實度參數(shù)。測試記錄不同側面、不同高度上的超聲波動特性，經(jīng)過處理分析就能判別內(nèi)部缺陷的性質、大小及空間位置。

根據(jù)樁身完整性的判據(jù)，將樁身質量分成4類。

Ⅰ類樁：樁身完整。樁身沒有缺陷，波速比較均勻，異常處的波速大于檢測樁身平均值，波幅無明顯差異。

Ⅱ類樁：樁身有輕微缺陷，但不會影響樁身結構承載力的正常發(fā)揮。某一聲測剖面?zhèn)€別測點的聲速、波幅略小于臨界值，但波形基本正常。

Ⅲ類樁：樁身有輕微缺陷，但不會影響樁身結構承載力的正常發(fā)揮。某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值小于臨界值，PSD值變大，波形畸變。

Ⅳ類樁：樁身存在嚴重缺陷。某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值明顯小于臨界值，PSD值突變，波形嚴重畸變。

1.2檢測判別

1.2.1波速判據(jù)

彈性波在不同介質中傳播時，其聲學參數(shù)具有不一樣的體現(xiàn)，通過聲學參數(shù)在不同介質中的差異可以達到判定混凝土完整性的目的。波速與混凝土力學參數(shù)之間的關系[4]為：

(1)

式中：E、ρ、μ分別為混凝土的彈性模量、泊松比和密度。

1.2.2波幅判斷

聲波穿過混凝土內(nèi)部時，部分聲能被缺陷內(nèi)含物所吸收，部分聲能被缺陷的不規(guī)則表面反射和散射，因而到達接收探頭的聲能明顯減少，主要表現(xiàn)為波幅降低[5]。對接收的數(shù)據(jù)采用波幅平均值的一半作為判斷樁身有無缺陷的臨界值，波幅常以分貝值表示：

qd=μq-6

(2)

(3)

式中：μq—振幅平均值；qi—第個測點的振幅值；n—測點數(shù)；qd—判斷樁身有無缺陷的臨界值。實踐證明：波幅對缺陷的存在非常敏感，細小的缺陷都能使波幅有明顯的變化，所以波幅能很明顯地反映混凝土內(nèi)部的缺陷。

1.2.3PSD判斷

按聲時—深度曲線相鄰測點的斜率及相鄰兩點聲時差值的乘積作為判斷混凝土缺陷的重要依據(jù)，判斷式為[6]：

(4)

式中：Ki—第i測點的PSD判據(jù)；tci、tci-1—分別為第i測點和第i-1測點聲時；zi、zi-1—分別為第i測點和第i-1測點深度。根據(jù)實測聲時計算某一剖面各測點的PSD判據(jù)，繪制“判據(jù)值—深度”曲線，然后根據(jù)PSD值在某深度處的突變，結合波幅變化的情況，進行異常點判斷。

2超聲波檢測鉆孔灌注樁

2.1工程概況

淮陰卷煙廠煙葉倉儲項目三期工程9#、10#煙葉醇化庫位于淮安市開發(fā)區(qū)鴻海路與膳魔路交匯處，樁基全部為混凝土灌注樁，工程樁總數(shù)為332根，混凝土強度等級為C30，樁徑為800mm，樁長為28.1m，樁頂標高為-2.2m～-3.6m。設計采用聲波透射法檢測的樁基在施工時預埋三根聲測管，檢測數(shù)量為34根，主要檢測樁身缺陷的位置及影響效果，判定樁身完整性類別。檢測時間為2015年5月13日。

2.2檢測準備

檢測前的準備包括：查看工程相關資料，了解工程地質概況，調(diào)研樁基設計數(shù)據(jù)和施工記錄等，排查施工工藝及施工過程中出現(xiàn)的異常情況，制定具體的檢測方案。

檢測時間應滿足混凝土齡期要求，針對本工程設計要求不少于28d。

檢測前應沖洗聲測管，保證傳感器在全程范圍內(nèi)升降順暢。聲測管內(nèi)灌滿清水作為耦合劑，如果聲測管中渾濁水將明顯甚至嚴重加大聲波衰減和延長傳播時間，給聲波檢測結果帶來誤差。

在基樁施工前，根據(jù)樁直徑的大小預埋一定數(shù)量的聲測管，作為傳感器的通道。測試的每兩根聲測管為一組，通過水的耦合，超聲脈沖信號從一根聲測管中的傳感器中發(fā)射出去，在另一根聲測管中的傳感器接收信號，超聲儀測定有關參數(shù)并采集存儲。

2.3樁基檢測

結合本工程具體實際情況，采用收、發(fā)傳感器水平同步平測，上、下兩測點的設置為20cm。測試時，保證兩個傳感器同步升降，測試中，對收、發(fā)傳感器所在的深度隨時校準，其累計相對高程誤差控制在20mm以內(nèi)，避免由于過多的相對高程誤差而產(chǎn)生較大的測試誤差。

聲波透射法檢測混凝土灌注樁質量中，聲時和波幅是兩個重要指標，其中波幅對混凝土內(nèi)部缺陷的反應往往比聲時更具敏感性。波幅是一個相對量，而聲時又是根據(jù)波形的起跳點來確定的。因此，為了使不同位置處的檢測數(shù)據(jù)具有可比性和應用價值，在同一根樁的檢測過程中，聲波發(fā)射電壓和放大器增益等參數(shù)應保持不變，并進行等幅測試。

對聲時值和波幅值的可疑點應進行復測。對于聲時值和波幅值出現(xiàn)異常的部位，應采用水平加密、等差同步或扇形掃測等方法進行細測，結合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置及其嚴重程度。

2.4工程檢測

本次檢測采取指定檢測的方式，對指定范圍內(nèi)的34根樁進行聲波透射法檢測，檢測標高為-2.2m～-3.6mm，樁徑為800mm、樁長28.1m。由于樁基檢測數(shù)量較多，本文以A-7#、A-19#、A-24#和A-35#樁為例，采用超聲波檢測技術，測得相關數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　檢測基樁超聲波透射檢測數(shù)據(jù)表

(a)A-7#　　　　　　　　　　(b)A-19#

(c)A-24#　　　　　　　　　　　　(d)A-35#

圖1為A-7#、A-19#、A-24#和A-35#樁四根樁在0～28.1m范圍內(nèi)的波形圖，通過波形可以判斷樁基的完整性。

2.5檢測結果

從現(xiàn)場檢測結果可以看出關于A-7#、A-19#、A-24#和A-35#樁的檢測結果，在樁頂以下0～28.1m范圍內(nèi)樁身完整，各項指標(波速、波幅等)正常，均高于臨界值，未發(fā)現(xiàn)特殊異常情況，從圖1中也可以發(fā)現(xiàn)，超聲波形基本處于勻速狀態(tài)，未發(fā)生呈喇叭形、嚴重畸形、扭曲等現(xiàn)象，表明混凝土質量密實、均勻。

通過對所指定范圍內(nèi)34根樁的波速、波幅、PSD值等各項指標的綜合分析，所檢測樁基樁身質量較好，全為Ⅰ類樁，均可作為工程樁驗收使用。

3結語

結合淮陰卷煙廠煙葉倉儲項目三期工程9#、10#煙葉醇化庫樁基檢測項目，對超聲波透射法的工作原理、判斷依據(jù)、檢測步驟等方面進行了分析，對超聲波透射法的評價方法進行了介紹，得到了以下結論：

(1)采用超聲波透射進行灌注樁完整性檢測能夠準確判斷出樁基是否完整，是一種非常直觀、可靠的樁基缺陷檢測方法。依據(jù)透射波的初至時間、波幅能量的衰減程度和波形是否發(fā)生畸變可以達到判斷樁身的均勻性和完整性的目的。

(2)在現(xiàn)有的超聲波檢測樁基的評價方法的基礎上，運用綜合評價方法可以對樁基混凝土質量檢測評價，且可以同時考慮多個參數(shù)的共同作用，實現(xiàn)對混凝土樁基的準確判斷。

(3)從檢測過程可以看出，聲測管發(fā)生傾斜、彎曲會直接影響檢測結果，從而影響對樁身質量的判斷，采用曲線擬合的方法對發(fā)生彎曲的聲測管管距需進行修正后方能使用。

參考文獻：

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[2] 吳輝琴,馬瑞彥,黃柳云,等.多種檢測方法在工程基樁中的綜合應用與分析[J].混凝土,2012(4):119-121.

[3] 韓亮. 基樁聲波透射法檢測新技術及其應用[J].工程力學, 2007(6):141-145.

[4] 傅偉一,鄧正宇,彭仕明. 聲波透射法在大直徑灌注樁檢測中的應用[J].勘察科學技術,2003(5):52-55.

[5] 劉利民,舒翔,能巨華,等.基樁工程的理論進展與實踐工程[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2002.

[6] 劉德志. 聲波透射法準確判定樁身完整性的應用研究[D].蘭州:蘭州交通大學,2012.

(責任編輯：孫文彬)

Application of the Ultrasonic Testing Technologyon the Cast-in-situ Bored Piles

WANG Peng1, FAN Yong1, MA Rui2,Yu-yang3, XU Xiao-dong3*

(1. Huaian Testing Center for Construction Engineering Co., Ltd, Huai'an Jiangsu 223001 China;2.Bureau of Housing and Urban-Rural Develop ment of Guannan, Lianyugang Jiangsu, 225000,China;3. Faculty of Architecture and Civil Engineering, Huaiyin Institute of Technology, Huai'an Jiangsu 223001 China)

Abstract:Velocity and other parameters of ultrasonic wave could show the obvious differences in different media. When ultrasonic wave propagates in concrete, acoustic parameters have high correlations with the density of concrete. According to the acquisitions of acoustic signals and acoustic parameters, the changes of the medium inside the concrete can be found so as to determine the integrity of the bored piles. Taking the bored pile testing of a warehouse as an example, this paper introduced the ultrasonic testing technology in the bored piles, also analyzed the primary theory, test method and discriminating standard of the ultrasonic testing technology in the cast-in-situ bored piles.

Key words:bored pile; concrete; ultrasonic; testing

中圖分類號：TU473.1+6

文獻標識碼：A

文章編號：1009-7961(2016)01-0077-04

作者簡介：王鵬(1972- ),男,江蘇淮安人,工程師,主要從事樁基檢測和工程結構無損檢測工作，*為通訊作者。

基金項目：淮安市工業(yè)計劃項目(HAG2014047)；國家級重點大學生創(chuàng)新訓練項目(201511049005Z，201511049007Z);

收稿日期：2015-10-20

淮陰工學院校級科研項目(HGC1413)