声波透射法圈定大直径钻孔灌注桩缺陷分析  

 李天成  贾继标
（河南省有色金属地质矿产局五队，郑州  450042）
（北京中色物探有限公司          北京  100073）
 
[摘  要]声波透射法是混凝土无损检测的较常用的方法技术之一。本文通过在某高速公路采用声波透射法对缺陷桩的检测实例，阐述了采用平测法和扇形测量法相结合的综合方法的声速参数异常，圈定大直径钻孔灌注桩缺陷分布及尺寸的方法，并通过工程实例讨论了在实际中取得的效果。
[关键词]大直径钻孔灌注桩  声测管  平测法  扇形测量法  声速  临界值
 
1前言
近年来，随着公路工程基本建设的迅速发展，大直径钻孔灌注桩在公路工程大中型构筑物的基础设计中被普遍采用，而桩身混凝土的浇注属于隐蔽性施工，常因施工管理或外界环境条件影响等因素，形成不同形式不同程度的缺陷，进而使构筑物在使用中存在不同程度的隐患，又由于大直径钻孔灌注桩的修复难度较大，因此采用有效的无损检测方法检出桩身混凝土缺陷是相当重要的。目前桩身混凝土完整性检测手段主要有低应变动测法和声波透射法，声波透射法以其检测准确性高而逐渐被应用于较大直径钻孔灌注桩。钻孔灌注桩属于隐蔽性结构，常常深入地表下数十米，给缺陷的处理与修复造成了较大困难，这就要求对缺陷的位置及分布具有较高的检测精度，同时对缺陷程度作出一定的分析。本文在检测方法及判别方法的综合运用方面作出一些介绍，并通过工程实例进行了探讨。
 
2测试原理及方法的运用
声波透射法检测大直径钻孔灌注桩的测试系统主要由发射系统、发射换能器、接收换能器、放大和接收系统以及计算机组成。检测时，发射和接收换能器分别置于两个对测声测管中，发射系统产生超声波，超声波在介质（混凝土）中的传播过程中，经多次反射、折射、绕射及不同的吸收衰减，使接收信号在混凝土中的传播时间、振幅、波形及频率等发生变化，从中可以判定混凝土的密实性、缺陷情况、完整程度及总体均匀性。
2．1数据的处理与判定
采用声速平均值μv与声时2倍标准差σv之差作为桩身有无缺陷的临界值。
μv= ci/n
σv= 
式中   n — 测点数；
vci— 混凝土中第i测点声波传播速度（m/s）;
μν—声速平均值（m/s）;
σv—声速标准差。
2．2测试方法
测试方法首先采用平测法，起测点设于管底，发射和接收换能器在声测管中位于同一深度以一定的点距由下至上逐点测试，出现异常数据时，在异常数据段进行加密观测，以控制异常边界。为更好的控制缺陷在桩身中的分布及尺寸，在缺陷部位采用多点发射，不同深度接收的扇形测量法，用多条交汇的声线所测取的声速及波幅的异常加以判定。采用平测法初步可圈定缺陷在桩身纵向上的分布，对于大直径钻孔灌注桩埋设声测管数通常在三根以上，检测时两两对测，缺陷多数位于桩身边部，采用扇形测量法可进一步圈定桩身缺陷的尺寸及空间分布。实际工作中采用的作法是，将两个换能器分别置于一对声测管靠近缺陷部位上（下）界面的正常点，一个换能器不动，另一个换能器向下（上）以一定的点距移动，逐点记录观测值，然后将另一声测管中的换能器置于靠近缺陷上（下）界面部位的正常点不动，另一换能器向下（上）逐点移动并记录观测值，直至所有声测管的两两对测工作全部完成。采用声速判据判别异常数据进而圈定缺陷在桩身截面上的分布及纵深。

3工程实例
在某公路桥梁大直径钻孔灌注桩的声波透射法实际检测工作中，对平测法检测的桩身明显缺陷段均进行了扇形测量法，下面以其中一根桩的检测实例来说明圈定桩身缺陷的具体做法。该桩设计桩长39.0m，桩径1500mm，设计砼强度C20，钢筋笼保护层厚度100mm。从图2的平测曲线可以看出，①③管声速异常的宽度和幅度均为最大；①②管异常幅度居中，宽度最小；②③管异常幅度最小，异常宽度和①③管基本一致。从预埋管声波透射法的测试特点可初步推测，该桩在20.7m～21.7m深度③管附近缺陷范围及程度均较大，①管附近缺陷程度居中、范围较小，②管附近缺陷范围及程度最小或无缺陷。为进一步证实上述推测并较精确的圈定缺陷，首先在①管将换能器分别置于20.25m和21.75m不动，②管将换能器分别由20.25m向下和21.75m向上逐点移动并记录观测数据；然后在③管将换能器分别置于20.25m和21.75m不动，②管将换能器分别由20.25m向下和21.75m向上逐点移动并记录观测数据。数据处理后的声速曲线如图3、图4所示，声速曲线均未表现出异常，推断该桩②管附近无桩身缺陷。采用同样方法可以圈出①管和③管附近桩身纵向上混凝土缺陷范围，数据处理后的声速曲线如图5～图10所示，声速曲线表现出③管在纵向上的缺陷范围较①管大。绘制平测及扇形测量法声线图，根据处理后的声速数据，可进一步圈出混凝土缺陷在侧向上的分布，3根声测管两两相对的实测声线图如图11所示。从图中异常声速声线可以推断出，该桩在②管附近无桩身缺陷，③管在纵向上的缺陷范围较①管大，且③管附近缺陷在桩身截面方向上向②管延伸相对①管附近缺陷向②管延伸较大，③管和①管附近缺陷在桩身截面上可能连通，③管附近缺陷程度较①管附近缺陷程度大。根据上述分析可勾勒出桩身缺陷在截面上的分布如图12所示。

4  结语
采用声波透射法检测桩身混凝土完整性时，当桩身存在缺陷时，在缺陷部位应采用多种方法相结合的综合方法。通过声波透射法的平、斜测法及扇形测量法相结合的综合方法可以较准确的圈定大直径钻孔灌注桩的桩身缺陷在桩身中的位置及方位。通过本文所述的综合方法可估计出缺陷的程度，为缺陷桩的处理提供较为可靠的依据，有效消除因桩身质量问题给建筑物带来的安全隐患。根据检测提供的桩身缺陷位置及方位，当采用钻孔压浆处理或开挖处理时，可以指导布钻及开挖方位，在缺陷的处理效果和节约成本方面起到了积极作用。