何世锦
广东省东莞市建设工程检测中心 广东东莞 523000
摘要：钻孔灌注桩适合各种的土质，且能提供较高的地基承载力，因而被广泛应用。但其施工工序复杂，技术要求高，必须对其桩基质量进行检测判定是否符合要求。目前，声波透射法作为一种桩基完整性检验的检测方法，可以覆盖桩身的各个横截面，检验精度较高，对存在的缺陷基本能够综合反映。现本文就声波透射法的原理和桩基质量的判别进行详细介绍，并结合工程实例对钻孔灌注桩检验作出相应的分析，旨在为今后的桩基完整性检测提供借鉴与参考。
关键词：钻孔灌注桩；声波透射法；检测；桩基质量判定
前言
声波透射法实际上属于波动检测（或者称为振动检测）中的一种，对桩基进行声波透射检测，其振源通常是由纵波脉冲产生的，这样的超声波段其谐振频率通常最低为30千赫兹，最高为50千赫兹。其检测的原理是在设备中安装有脉冲信号发生器，由该发生器发出一系列的具有周期性的电脉冲，并且会停留于发射换能器的基板上，从而转换为高频弹性的脉冲波，然后超声波会从混凝土中穿过，并带有了混凝土的信息，设备中的接受系统会记录下该脉冲波从混凝土中穿过时所表现出的波动参数，以及其变化特点。
由于混凝土属于有限的固体介质，超声波在混凝土中传播时，其传播的速度没有确定的值，它会受龄期、密实程度、骨料等方面因素的影响。如果混凝土中有缺陷出现，就会有介质之间的差异突显出来，缺陷的位置就会有波阻抗形成，阻抗使声波中的各个参量出现变化，声波在遇到该缺陷时，会有波的反射、透射、绕射以及散射出现，从而降低了会接收到的透射能量。因此，通过分析波最初的到达时间，波能量和频率出现的衰减等变化，以及波出现畸形变化的程度等，可以判断出检测区域内混凝土的密实度，最终达到对桩身完整性的检测。
1声波透射法对灌注桩质量的判别
1.1桩身完整性判定的相关理解
在相关的桩基检测规范中，依据桩身是否有缺陷和缺陷的程度，将桩的完整度划分为四个级别，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级；根据检测区域内声学参数异常点的存在、散布情况和偏离程度，来判定被检测的灌注桩属于哪一级别；对检测到的数据，用概率法计算出声速临界值，从而判断声速是否存在异常，取平均幅度减掉6dB后的值作为幅度临界值，来判断幅度是否存在异常。
但是，混凝土是一种集结型的复合材料，具有多相复合体系，分布于复杂的界面，所以在检测中，其声参量数据的变化程度较大；此外，受到地质条件、混凝土密实度以及复杂工艺等的影响，使得声参量数据的变化程度变的更大，所以，在实际检测操作中，完全没有异常测点出现的可能性非常小，所以不能对相关规范中桩身完整性的判断标准进行机械化的理解和执行，不然就很难有Ⅰ级桩出现，也不能与桩完整度的分类标准相符合。所以，以上说的异常点只是具有缺陷点的可能性，还要结合以下五方面内容，做综合的判断：（1）异常点的声速与正常声速比较，所偏离的程度；（2）异常点的幅度与同一个剖面中正常幅度比较，所偏离的程度；（3）异常点的波形与正常波形比较，出现畸形变化的程度；（4）异常点分布的区域范围，以及其它剖面中异常点分布的形式；（5）摩擦桩或端承桩的桩型、成桩施工工艺及地质状况都应参考在内。由于桩身混凝土压应力和弯矩值都取决于桩的类型及地质状况，还有同样的缺陷处于桩身的不同位置，对于该桩是否合格所产生的影响是不同的，所以要进行区分。
1.2声学参量与缺陷性质的判断
混凝土的内部如果有缺陷，就一定会使声的参量或者波形出现变化，但当前还不能完全确定声参量或者波形出现变化与缺陷性质之间所存在的对应关系，只能参考桩基础、结构混凝土的检测工作来做出判断，现本人在此给予以下几点建议，以供参考：
（1）如果是混凝土在出现离析情况后，而导致的骨料堆积、砂浆少缺陷，因为骨料与砂浆的声速相比较明显较高，所以这样的缺陷下，声速不会低于正常混凝土声速，甚至会高于正常混凝土声速，但是声波接触到的界面会增加，幅度就会下降；反之，如果是砂浆多，而骨料少的缺陷区域，波速就会比较低，但是幅度不会有变化，甚至是高于正常值。
（2）如果在出现坍塌后而导致的缩径、夹砂（泥）缺陷，就会使该区域的声速和幅度均会低于正常值，缺陷介质的声速会比混凝土低，衰减的系数会比混凝土高，所以，可以利用扇测或者斜侧来掌握缺陷的位置和尺寸。
（3）灌注桩底部一定深度范围之内的幅度和波速如果有明显的降低，则表示灌注桩的底部有沉渣存在，是由于清孔时不够彻底，而留下的在成孔过程中具有地层松散体，其成分非常复杂，波速低且衰减大。
（4）灌注桩顶部的波速和幅度出现缓慢且明显的降低，则表示该区域存在太多浮浆，强度低。灌注桩在浇筑过程中会使中上部区域所具有的骨料比较少，而气泡和浮浆会比较多，如果在浇筑顶部时，没有及时将浮浆清除掉，就会导致波速、幅度以及强度均降低。
（5）如果在提升导管时方法不合理，或者是由于施工中出现故障而使得导管停留的时间太长，拔管时没有清理干净、二次浇筑，就会形成断桩，使得声速和幅度会有严重的下降，波形也会出现严重的畸形变化，或者没有可接收波形，而且，所有剖面中大概相同的深度区域内都会有以上这些情况存在。
2工程实例分析
本文研究的工程为东莞市某花园商业、住宅楼，建筑主体为框架结构，高层住宅共18栋，最高33层，最低27层，基桩采用超声波CT成像测试RSM-SY8非金属超声波检测仪进行桩身完整性的评价。现以1号、3-4号楼检测为例（见表1），在检测过程中，采用四只50KHz超声波跨孔探头，一次提升同时完成四管，六剖面的测试，当有2根以上声测管时，将声测管按顺时针旋转方向进行编号和分组，防止记录有错，并依次放入一对换能器。根据声测管间距调整合适的延时时间，使得采集到的首波在仪器屏幕合适的位置。采用一发一收平测，最小测点距离为1cm，从桩底至桩顶逐点检测出声时、声速、波幅以及主频等声学参数，根据声学参数来判定桩的质量。
表11号及3-4号楼基桩声波透射法检测工程概况
2.3综合分析和评价
在本次超声波检测的26根桩基中，存在严重缺陷有2根桩，1号楼1-13#号桩和3-4号楼3-4-97#号桩均出现声学参数异常。其中1号楼1-13#号桩的桩径为1600mm，桩长25.15m，从超声波检测曲线图可以看到，在距桩顶下24.30～25.15m处三个剖面的声速、波幅值均低于临界值，其中A-C和B-C两个剖面最为明显，波幅明显减少，声速极低，PSD值也随之变大，其实测波形影像图可见存在严重缺陷。综合分析可以推断该桩底部存在夹泥、空心现象，属于Ⅲ类桩（见图1、2）。后经施工方了解，是由于在浇灌底部施工中导管卡管时间较长，导致桩底部泥浆和混凝土混合且局部形成空腔。
图11-13#桩超声波实测曲线图图21-13#桩实测波形影像图
在3-4号楼3-4-97#号桩的桩径为1600mm，桩长24.50m，在超声波检测曲线图的A-B剖面距桩顶22.10～22.60米以及23.00～24.20米处显示波幅曲线衰减较快，且声速曲线陡降，PSD判据异常突起，从超声波实测波形影像图结果看出存在严重缺陷，经综合分析推断该桩的桩底存在松散离析，属于为Ⅲ类桩（见图3、4）。后对施工情况进行了解，估计是由于清孔不干净，沉渣过厚，造成混凝土松散离析现象。
图33-4-97#桩超声波实测曲线图图43-4-97#桩实测波形影像图
3结语
综上所述，运用声波透射法对桩基完整性的检测较为直观、可靠，可以判断出桩身存在的沉渣、空洞、断桩等缺陷，并查明桩基质量隐患，进而通过对工程桩的加固处理，以保证桩基施工的质量。今后，在声波透射法的实际应用中，还需要结合地勘报告、桩基施工记录进行综合分析，以更准确地对桩身完整性作判定。
参考文献：
[1]陈凡，徐天平，陈久照，关立军.基桩质量检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[2]王雪锋，吴世明.基桩动测技术[M].北京：科学出版社，2001.
[3]罗骐先.桩基工程检测手册（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2004.
论文作者:何世锦
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/5
标签：声速论文; 桩基论文; 混凝土论文; 缺陷论文; 声波论文; 波形论文; 超声波论文; 《防护工程》2018年第18期论文;