摘要：比较传统孔探测器和智能超声孔质量探测器孔隙质量检测结果，可以发现智能超声成孔质量检测仪能够准确检测垂直度、孔径、孔深并提供成孔质量相关的检测数据，对成桩施工具有指导作用。本文主要介绍JL-IUDS(B)智能超声成孔质量检测仪的使用方法，使其在实际施工中得到更广泛的应用。
关键词：智能成孔质量检测仪；孔径；垂直度；成孔质量
1引言
目前我国高速公路桥梁常用的基桩形式是灌注桩。桥梁上部结构的荷载通过灌注桩传递至稳定的地下深层岩层，达到降低基础不均匀沉降的目的。钻孔桩的成孔作业一般是在地下或者水下完成，复杂的地质条件使其施工质量难以得到有效保证，同时施工稍有不慎，就会面临塌孔、缩孔、扩孔、孔位偏斜等问题。
孔的质量直接影响混凝土浇筑后的桩的质量。孔径扩大将导致单桩摩阻力增大、混凝土浇注量增加，成本增加；孔位偏斜会改变桩基的竖向承载力，影响桩基的有效承载力，同时也会面临钢筋笼吊装困难、钢筋保护层厚度不足、塌孔等问题；如果桩底沉积物过厚，桩基的有效长度将减小，这将影响桩底的承载力。因此，钻孔的质量将直接决定成桩的质量。
2传统检孔器与智能成孔检测仪对比
目前，桩基成孔质量检测普遍采用传统的检孔器检测，只能检测孔径是否满足设计规范要求，未能提供准确的成孔质量检测数据，智能超声成孔质量检测仪的出现解决了这一问题，满足了相关技术规范及验收规程中关于成孔质量检测内容、检验标准等的相关要求，具体见表1。
表1传统检孔器与智能超声成孔检测仪性能比较
3智能成孔检测仪构成
3.1仪器功能
全面测定成孔参数（缩径、倾向、垂直度、孔径、孔深、扩径等）。
3.2仪器特性
（1）主机：低功耗工控机，内置多功能高精度高速采集卡；
（2）测试深度(m)：150（或据顾客要求）；
（3）测试半径(m)：0.25～2.0(泥浆比重≤1.17)；
（4）精度：±0.22%；
（5）超声频率：50kHz；
（6）发射功率(W)：0.5～6，连续可调；
（7）探头升降速度(cm/s)：0～80；
（8）仪器整体重量(Kg)：100；
（9）工作电源：220V交流；
（10）工作温度：0℃～40℃；
（11）工作湿度：<85%。
3.3系统组成
JL-IUDS（B）智能超声波成孔质量检测器由主单元，线轴，探头，水下电缆和打印机组成。主机是一台高性能工业计算机，带有用于信号采集，显示和分析存储的高速数据采集卡。探头是超声发射与接收的执行机构；两根电缆缠绕在绕线架上，粗电缆是信号电缆，细电缆是承载电缆。细电缆可手动升降控制探头，粗电缆在下降时可自行由重力引行，上升时手摇轻松收线即可。双股细电缆经深度编码器连接到探头大动滑轮上。线架通过电缆连接到主机，主机配置usb即插即用快捷打印机，可现场打印结果报告，亦可选择电子报告输出。仪器连接示意图如图1所示。
4检测原理
测量孔径、垂直度的原理：通过控制装置均匀地降低超声波探头，并且由深度测量装置测量探头的深度并将其上传到主机。然后主机依据设定的深度间（5mm、10mm、5mm、20mm、25mm）控制超声发射探头发射超声波并同步启动计时，主机根据采样延时和采样频率采集超声信号。由于泥浆的声阻抗远小于泥土或岩石介质的声阻抗，因此超声波几乎完全从孔壁反射。反射波在通过泥浆传播后由接收换能器接收，反射波到达的接收时间是超声波在孔中泥浆中的传播时间t（称为声时）。
图1仪器工作连线示意图
以一个剖面举例（两组探头），探头下到孔内某一高程测点，通过测量换能器至孔壁的距离为L1、L2，可以得到声波在路径L1、L2上的往返传播时间，分别为t1、t2，那么有L1=(ct1)/2、L2=(ct2)/2（c为泥浆的声波速度，可实测得到），桩孔在该断面测点的孔径即为D=L1+L2+d，其中d为两方向相反换能器的反射（接收）面之间的距离。同样方法可测得钻孔在该断面另一方向测点剖面的孔径。
图2检测原理示意图
提升结构在灌注桩内下降（或提升）过程中，记录不同高程测点声时值，并根据测的声时值计算断面孔径，同时可绘出测量孔的孔壁剖面图，通过所测的桩孔壁剖面图得到桩孔的垂直度。
5成孔质量检测仪的使用方法
5.1检测准备
（1）将两个带槽的导轨平行放置在待测桩的顶部，然后将导线架沿导轨推到井口顶部。通过调整线架使探头位于灌注桩顶部中心的位置。
（2）将主机通与电缆、线架连接并接上220V交流电（AC）；
（3）启动主机并运行应用软件进行孔质量检测。
5.2参数设置
（1）基本信息输入
主要输入工程名称、检测孔、工程零点标高和检测日期相关信息，输入后，点击文件路径时，可根据事先输入的工程名称、检测孔号和检测日期生成一个缺省的文件名。
（2）检测参数输入
检测参数包括成孔信息和采样参数。成孔信息由设计孔深、设计孔径、测点距、预设深度、零点标高、方位角六个参数构成。采样参数包括采样率、触发延时、零声时、发射脉冲宽度和增益，采样长度固定为1024点，采样率一般用500k、200k和1M，增益一般不超过20倍。以下是不同孔径设置参数的经验值：
①成孔不同孔径的参数设置（经验值）
1米及以下孔径一般用：采样率1M触发延迟50-150μs；
1米到1.5（包括）米孔径一般用：采样率500k触发延迟0-100μs；
1.5-2.0（包括）米孔径一般用：采样率500k触发延迟150-350μs；
2.0米以上的孔一般用：采样率200k触发延迟0-200μs；
②不同深度的采样间隔设置
50米及以下一般采用50mm采样间隔，就是50mm一个检测采样点；
50到80米一般采用100mm采样间隔；
80米以上孔深一般采用150采样间隔。
③影响信号大小的现场主要因素有
泥浆比重：≤1.15（老仪器探头），≤1.25(新一代探头)；
含沙量：≤0.3%；
气泡含量（一般是要等泥浆静置1小时左右在测试）；
探头是否在孔中心，偏离中心太多（10公分以上信号会变弱）。
④电机速度：
电动模式下，一般电机速度适中，在0.2m/s～0.6m/s即可。下降时候稍慢点。
5.3试测
泥浆的比重对超声波的传播有一定的影响，泥浆悬浮颗粒越大、比重越高，则信号散射和衰减越快，传播中噪音也越大。为降低环境背景噪音的干扰，在测试前需要进行试测，进入测试模式，启动手动采集，调试系统采样参数。
将探头置于浸入泥浆中，开始测试，系统自动连续发射和接收超声波信号。通过信号强度和信号反射点的位置调整采样参数，以获得最佳超声信号。停止测试模式，退出测试，保存采样参数供实际采样使用。
5.4测试采样
退出测试模式，将探头置于零标记高度位置，然后开始测量。将探头放入孔中，单击工具栏中的图标以开始实时采样，然后单击电机“向下”按钮。窗口显示横向四个通道的实时波形并向下滚动，显示下降的深度。如果在显示期间出现黄色波形，则表示探头被拉得过快而发生数据丢失。“冲掉”黄色波形并以恒定速率缓慢下放，直到孔的底部。下放采集时，可慢慢增大增益到20倍。
探头采集到底后，点击电机停止按钮，再选择停止采样，保存数据，用U盘在软件所在C/D盘的文件夹里面的拷出IUDS格式原始文件，这样就完成了实时测试的全过程。
图3采样窗口显示
5.5数据处理
数据采样完成后，拷出数据在个人计算机上利用分析软件进行数据处理分析，打印报告。采用手动判断方式用手动笔一个面一个面的从上到下沿着孔壁位置描下去，让红线和孔壁重合判断出波列图的首波位置。手动描首波时，先把“分析----分析参数”里面“判断范围”调成0%，手动依次判断完四个面。
5.6结果输出
输出整个采样数据分析结果的报告（通常以纸质报告的形式），将相关信息集中在一页与A4纸大小差不多的纸张上面打印输出。在计算完垂直度等参数后，检查操作步骤无误后，打开“分析---导出报表”再点击“保存”即可。
6应用实例
浙江省甬台温高速公路复线南塘—黄华段工程第三合同段钻孔桩施工桥梁共有12座，根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)要求，孔径、孔形、倾斜度和孔底沉淀厚度宜采用专用仪器检测，测试各项检测指标合格后，再进行钢筋笼吊装施工。
采用JL-IUDS(B)智能超声成孔质量检测仪对万岙分离跨线桥桩基11-2#成孔质量进行检测，当探头下降时，通过超声波发射和接收，在仪器显示器里清晰、直观地显示该桩左右、前后2个垂直的立面剖面图像，能够准确的反映孔径、扩孔、缩孔、垂直度等情况，桩基11-2#设计孔径1.3m，孔深20.916m，垂直度<1%且不大于0.5m。成孔质量检测报告显示平均孔径1.483m，最大孔径1.5004m，最小孔径1.348m，垂直度0.124%。通过成孔图像可以很清晰的了解桩基各位置的成孔质量，结合桩基地质情况进行分析，找出孔径扩大的原因，更改钻机钻头尺寸，放缓钻孔钻进速度，提高钻进过程中泥浆比重，形成总结，指导同地质条件下桩基施工。
7仪器应用的优势
随着当前我国基建行业的快速发展、后续施工水平不断的提高，灌注桩成孔质量检测将作为工程检测中的一个重要环节且日益受到重视和加强。智能超声波成孔探测器根据声波反射原理对孔壁进行三维扫描测试，能够实时、精准地反映出灌注桩的成孔质量。
智能超声成孔质量检测仪是智能化的检测仪，具有检测速度快、能形成钻孔的剖面图及结果分析图表等的特点，有效的解决了传统的检孔器不能全面准确反映成桩质量数据的问题，使灌注桩成孔质量得到了很好的保证，为成桩施工提供数据支持，值得推广。
8结束语
钻孔灌注桩成孔质量检测属于地下隐蔽工程质量检测，传统检测方法具有一定的局限性，而智能超声成孔质量检测仪可以一次性获得包括孔径、孔深、垂直度及孔壁状况等影响成桩质量的相关参数，检测效率高，将在我国高速公路桩基成孔检测方面发挥出重要作用。
图4桩基成孔质量检测报告
参考文献
[1]JTG/TF50-2011.《公路桥涵施工技术规范》.北京：人民交通出版社，2011年7月
[2]JTG/TF80/1-2004《公路工程质量验收评定标准》.北京：人民交通出版社，2004年10月
[3]JL-IUDS(B)智能超声成孔质量检测仪使用说明书.2014年10月
[4]罗金，刘春生.智能超声成孔质量检测仪应用研究.北方交通，2010年，第4期
论文作者:於超,毛勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/9
标签：孔径论文; 质量论文; 超声论文; 检测仪论文; 桩基论文; 泥浆论文; 智能论文; 《基层建设》2019年第4期论文;