天津市地质工程勘察院 天津 300191
摘要：桩基础作为基础构件，主要承受上部荷载并将其传递至下端土体中，其质量优劣严重影响主体结构的使用和安全，加之桩基础属于隐蔽工程，其成桩质量受地质条件、成桩工艺、机械设备等因素的影响，故加强桩基础质量检测十分必要。在介绍超声波透射法对桥梁灌注桩完整性检测基本原理的基础上，结合灌注桩检测实例，总结检测过程中的经验教训，对灌注桩检测和施工养护进行分析和探讨。结果表明超声波透射法能较好地反映桩身的完整性，特别是声测管数为4根时，基本可以覆盖整个桩身剖面，足以满足检测要求和工程需要。
关键词：桥梁；灌注桩；完整性检测;超声波透射法
桩基础的评判标准主要是桩基承载力和桩身完整性，其中桩基承载力的大小直接决定桩基能否承受并传递上部荷载。桩基完整性是一种综合定性指标，反映桩身材料的密实性、连续性等性质及桩基桩身截面的尺寸相对变化。桩身完整性好的桩基都有较好的桩基承载力，因而对桩基完整性的检测结果能直接反映桩基的等级。中国现行规范中常用的桩基检测方法包括高低应变法、静载试验法、钻芯法、超声波法（即折射法和透射法）。下面以桥梁桩基检测为例，对超声波透射法进行探讨。
1 超声波透射法检测原理、方法、判定
1.1 超声波透射法检测原理
混凝土是一种集结型的复合材料，其内部存在着广泛分布的复杂界面。当混凝土的组成材料、工艺条件、内部质量及测试距离一定时，其声波传播速度、首波幅度和接收信号主频等声学参数一般符合统计正态分布。如果某部分混凝土存在空洞、不密实或裂缝等缺陷，便破坏了混凝土的整体性，与无缺陷混凝土相比，声时值会偏大，波幅和频率值会降低。
超声波透射法检测适用于灌注成型过程中已经预埋声测管的混凝土灌注桩完整性检测。在基桩施工前，依桩径大小（小等于1.5m埋设3根，大于1.5m埋设4根）预埋一定数量的声测管（一般采用钢管或镀锌管，底端封闭、顶端加盖），作为换能器的通道。
（1）现场检测前准备工作
采用标定法确定仪器系统延迟时间。
计算声测管及藕合水层声时修正值。
在桩顶测量相应声测管外壁间净距离。
将各声测管内注满清水，检查声测管畅通情况;换能器应能在全程范围内升降顺畅。
（2）现场检刚步骤
将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两根声测管中测点处。
发射与接收声波换能器应以相同标高或保持固定高差同步升降，测点间距不宜大于250mm，注意保持两换能器相对累计高差小于20mm
实时显示和记录接收信号的时程曲线，读取声时、首波峰值和周期值，宜同时显示频谱曲线及主频值。
将多跟声测管以两根为一个检测剖面进行全组合，分别对所有检测剖面完成检测。
在桩身质量可疑的测点周围，应采用加密测点，或采用斜测、扇形扫测进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和范围。
在同一根桩的各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。
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1.2 检测数据的处理与判定
检测按《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-O1-2004）中有关超声波法规定进行：
（1）声时、声速和声速平均值应按照公式计算，并绘制声速一深度曲线、波幅一深度曲线。
（2）桩身混凝土缺陷应根据下列方法综合判定
声速判据：当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。
波幅判据：用波幅平均值减6dB作为波幅临界值，当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。
1.3 基桩完整性的判定
对于混凝土声速和波幅值出现异常并判为可疑缺陷区的部位，应按《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-O1-2004）6.3.3条第3款的要求，确定桩身混凝土缺陷的位置及影响程度。
I类桩：各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常。桩身完整，可正常使用。
II类桩：某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常。桩身基本完整，有轻度缺陷，不影响正常使用。
III类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，PSD值变大，波形畸变。桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响。
IV类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畸变。桩身有严重缺陷，对桩身结构承载力有严重影响。
2 检测实例分析
以某大桥桩基检测工程为例，该大桥采用（15×25）m预应力小箱梁，成桩工艺为钻孔灌注桩，桩基总数为34，区域地质情况良好。桩基砼设计强度为C40，桩径均为1500mm，桩身埋设3根声测管，呈等边三角形分布。其中12-1号桩基设计桩长为13.60m，检测桩长为13.60m，每个测面每隔250mm进行逐点检测，声测管编号以正北方向顺时针开始第一根管为1，1-2、1-3、2-3三个关距分别为1100、900、1080mm。通过该桩超声波透射法检测结果可看出：12-1号桩检测剖面声速与波幅数值均匀、无突变，无异常点出现，各处均大于临界值。3个剖面的测点声速平均值大概是4100-4400m/s，都处于砼声速正常取值范围。各点的PSD判据无急剧增大现象。实测波形首波陡峭，后续波波幅大，接收波的包络线呈半圆形，波形无畸变;主频频漂不大、漂移量稳定。由此结合规范判断该桩不存在大的缺陷，无断桩的可能性，桩身完整性等级为Ⅰ类。
3 相关检测方法注意事项
应注意的是，相关测试方法具有复杂性，所以不能够完全按照理论事实来实现，注意到以下几个事项后，在实验中会减少不必要的误差
3.1 地下含水量
在对桩身进行浇筑水泥的这一过程中，若桩身存在漏洞，且这一漏洞的高度低于地下的水位，则有可能形成地下水穿孔。运用超声波检测法进行检测时，不能够避免水位的影响，会将渗入水后的探测值也包括在最终的结果中，大大影响了缺陷的检测结果。
3.2 桩基龄期
这一因素对于超声波检测的影响也是不容忽视的，可能会对信号以及波形造成影响。规定龄期在14天，最低应满足于7d周期。龄期应满足于标准，若不符合相关标准，会导致在接收信号这一过程中，产生失误，信号微弱接收不到准确的信息，以及波形的画面有缺损。
3.3 声测管安装
在安装过程中，应保证安装方式是平行安装，如果安装方式未采用平行方法，则会导致检测时的声时值、均方差、离散系数、平均声速结果形成较大的误差，影响最终的测量值。在使用泥浆进行浇灌建筑物时，由于建筑物体积大，不能保证每一个浇筑物被浇筑的外层结构厚度一致，所以探测到的波幅会不一致，浇筑物外层结构较厚的则探测结果会影响全部测量值。
4结束语
随着城市化进程的发展，声波投射法越来越广泛地运用于各大工程中，结合该方法自身具有的优势，对桥梁基桩的判定、缺陷及常见问题进行总结和分析，有快捷、覆盖面大、定量解释准确等优点，利用声幅作为判据，对于混凝土的均匀性和连续性检测而言，其声波透射法属于最可靠、最直观的检测法。声波透射法的应用。可以更好服务于桥梁施工建设之中，提供技术以确保提升质量以及安全管理。
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论文作者:丁阳
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/5
标签：桩基论文; 声速论文; 波幅论文; 声波论文; 超声波论文; 剖面论文; 临界值论文; 《防护工程》2017年第23期论文;