第４５卷第１８期 ２０１８年９月 安全质量 Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄＱｕａｌｉｔｙ 建筑技术开发 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 超声波法检测桩身混凝土质量的 准确性探析 杨立峰 （１．青海省建筑建材科学研究院有限责任公司，西宁生态社区重点实验室，西宁［摘何判断桩体出现的缺陷。 ８１００００；２．青海省高原绿色建筑与 ８１００００） 要］运用超声波法检测桩身混凝土质量时的基本原理、大体步骤以及相关的注意事项，探析了超声波法的准确性及如 【关键词］超声波法；检测；混凝土灌注桩 ［中图分类号］ＴＵ７５３．３ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１００１—５２３Ｘ（２０１８）１８—０１０６－０２ Ａｃｃｕｒａｃｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｐｉｌｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｑｕａｌｉｔｙ ＹａｎｇＬｉ－ｆｅｎｇ 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｇｅｎｅｒａｌ ｓｔｅｐｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｎｏｔｉｃｅｓ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐｉｌｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｎａ１ａ） ｚｅｓ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆｕｌｒｔａｓｏｎｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｎｄ ａｈｏｗ ｔｏ ｊｕｄｇｅ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆｔｈｅ ｐｉｌｅ ｂｏｄｙ． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｕｌｒｔａｓｏｎｉｃ ｍｅｈｏｄ：ｄｅｔｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｏｕｒｉｎｇ ｐｉｌｅ １灌注桩与预制桩的特点 从成桩的方式来看桩可以分为灌注桩以及预制桩两种。 然而预制桩的质量虽然比较稳定，但是一些缺陷存在施工的 过程当中。与预制桩相比，灌注桩具有抗震性能高、适应性强、 工程费用低及可操作性大等优点。在基桩施工过程当中，施 工条件、施工操作人员的技术水平及施工现场的地质情况等 因素都会对基桩的质量造成影响，可能会出现断桩、桩身混 凝土离析、桩身局部夹泥、桩顶混凝土疏松及缩颈等较大的 质量问题。故而研究检测桩身混凝土质量的准确性很有意义。 ２常见桩身的检测方法 ２．１钻心取样法 钻心取样法的检测原理简单，测试结果直接准确，可用 来检测桩身的强度及完整度，缺点是存在盲区，不能全面的 检测出混凝土的质量，检测设备大，费用高，效率低，费时 费力。 ２．２低应变反射波法 低应变反射波法的优点是测试简便且速度快、结果可靠、 机理清晰易掌握以及成本低廉，可用于判定桩身完整性，检 测桩身存在的缺陷以及缺陷在长方向上的位置，缺点是易受 现场外界干扰，桩身存在缺陷较多时，后面缺陷的反射信号 不容易被检测到，不能判断桩身渐变的缺陷以及不能定量分 析缺陷。 ２．３静荷载试验法 静荷载试验法的优点主要是相对误差小且检测精密度高， 主要通过检测出桩基的承载能力并以此来判断桩的质量，但 也有检测周期长以及加载设备、场地庞大且耗资巨大等缺点。 ２．４高应变动力试桩法 高应变动力试桩法这种检测方法能够同时测出力和速度， 定量计算截面缺损、测得桩的承载力的精确度高，这种检测 方法可以判定出单桩竖向抗压承载能力能否满足设计的要求， 其缺点是准确性较低，所用设备昂贵且对场地与锤的要求较 高、桩头易被破坏以及对检测人员的实际操作经验与理论水 平的要求较高。 ２．５自平衡法 自平衡法具有装置简单不受场地、同时可对多根桩 收稿日期：２Ｏ１８－０６＿－１１ 作者简介：杨立峰（１９８４一），男，河北迁安人，工程师，主要研究 方向为工程检测鉴定 ·１Ｏ６· 进行测试，试验工期短，试验费用低及检测后的试桩可作为 工程桩继续使用等优点，这种方法主要用于检测摩擦桩的承 载力，同时它也具有两个缺点，即测试时平衡点的位置难以 确定以及无法检测端承桩。 ２．６超声波透射法 超声波透射法具有检测结果细致准确、检测范围覆盖面积 广泛，不受场地、桩的长度直径这些因素的等优点，这 种方法能够有效的对桩体的完整性进行检测，但是这种检测 方法也存在两种缺点，首先这种方法检测质量的过程中，仅 能对桩的完整性做出判断，不能对存在缺陷的大小做出判断， 其次用超声波法进行检测的费用较高，主要因为检测之前需 要埋与桩长度相同的声测管。 从上面的分析可以看出，超声波在检测桩身混凝土质量 上具有的优势还是很大的，下面就超声波法检测桩身质量的 准确性进行探讨研究。 ３超声波法检测桩体混凝土质量 ３．１超声波法的检测原理 超声波透射法主要适用于混凝土灌注桩的直径大于０．８ｍ 的完整度。首先需要将声测管纵向预埋到灌注桩内，并将超 声脉冲的发射探头与接收探头放置于声测管内，此时声测管 内注满水把其当作耦合剂；接着由超声仪激发具有周期性的 电脉冲，经由发射探头发射，穿透混凝土后由接收探头接收 脉冲并将其转换为电信号；随后仪器的测量系统会测出穿过 桩体时超声脉冲经历的时间、接收失误频谱与波形、接收脉 冲主频率以及接收波幅值等参数；最后仪器的数据处理系统 会根据所接收的各种信号中包含的相关参数进行整体的判断 与分析，判断出混凝土内部的各种缺陷的位置、大小以及性质。 ３．２检测的准备工作 在使用超声波对桩身进行检测前应提前收集相关资料， 受检测的桩体混凝土的龄期应在１４ｄ以上，声测管内部需要用 清水填充满，保证畅通；标定延迟时间即超声波检测仪的发 射到接收的时间；对声测管的内外直径以及相邻的两个声测 管外壁之间的距离进行精确测量，其精度为±１ ｍｌＴｌ。 采用超声波透射法对钻孔混凝土灌注桩进行检测，在预埋 检测管时应注意的事项如下。（１）桩径小于Ｏ．８ｍ时，检测管 埋两根，桩的直径为０．８￣２．Ｏｍ时，检测管应埋设３根，并按 照等边三角形来给予布置，桩径大于２．Ｏｍ时，应埋设４根检 测管按正方形布置，如图１所示。（２）测量管的材料最好为金 建筑技术开发 安全质量 Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄＱｕａｌｉｔｙ 第４５卷第１８期 ２０１８年９月 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 属制品，管的内径应比换能器的外径大，一般大１５１ＴＩ１ＴＩ，当桩 ＰＳＤ判据法的主要判断依据为缺陷处声时变化与深度曲 身的长度不到１５ｍｍ时，可使用硬质ＰＶＣ塑料管，管间应使 线斜率的变化，声时差的数值与缺陷程度关系紧密，故可以 用螺纹进行连接，不能漏水；（３）在钢筋笼的内测对声测管进 使用斜率法ＰＳＤ值作为判断缺陷的依据： 行绑扎或者焊接，管间应准确定位且互相平行，埋设应直至 ＰｓＤ 桩底，同时声测管的管口应高于桩顶，距离应超出３００ｍｍ；（４） ｚｆ＿２ １ 声测管的顶部需要加塞子，同时管的底部应进行封闭处理；（５） 式中： ， 分别为第ｆ， １个测点的声时值； 。分别为第ｉ， 对声测管进行布置时把路线前进方向的顶点作为起点，以顺 ／－１个测点深度。 ‘ 时针方向进行编号并将每两根编为一组。 如若某区域的ＰＳＤ值发生明显变化，则将该区域当为可 路线前进方向 疑缺陷区。 ３．４．２常见的缺陷类型 。（ａ） （ｂ） 图１声测管埋设示意 （ａ）埋设３根检测管； （ｂ）埋设４根检测管 ３．３现场检测主要步骤 首先，选择适当频率的换能器与仪器参数根据桩径，在 测量同一批混凝土桩时参数应保持不变。在检测管内放置装 有发射和接收的换能器，对仪器进行试调至能清晰的显示出 接收波形，尽可能使波幅最大达到显示屏的２／３。 其次，检测时应由检测管底部开始进行，发射换能器与 接收换能器应处于同一高度，对频率、声时以及波幅进行测 取并记录。检测时应对换能器所处的高度经常校核，其中相 对高差累计应在２０ｍｍ以内。 另外，测量点间的距离应在２５０ｒｍｎ以内，普通测量后， 应对数据异常的部位再次测量或者加密检测点距，以确定缺 陷的位置及范围，检测方法如图２所示。 在工程中比较常见的缺陷类型主要有以下几种。 （１）混凝土离析，粗骨料较多的部位测得的声速值的数 值可能会出现不降反增的情况，但是超声波的振幅会降低， 而砂浆多粗骨料少的部位情况正好相反。判断这种混凝土离 析的情况需要对振幅与波速综合分析。 （２）由坍塌导致的夹砂、缩颈缺陷，致使该位置出的幅 度以及声速与正常的混凝土相比会有明显下降。由于缺陷位 置处的声速比混凝土处的低，但衰减系数比混凝土处高，可 以以扇测或者斜测的方式来缺陷缩颈以及夹砂的位置与范围。 （３）桩头部分内浮浆过多导致强度降低，其表现形式为 部分波速及幅度明显缓慢的下降。在浇筑灌注桩时会出现上 面部分骨料少但气泡与浮浆多的情况，如浇筑桩头部分时浮 浆等未能除去会导致强度、幅度以及波速的降低。 （４）在检测桩底时波速与幅度均会明显的降低，这种情 况的主要是在桩底存在一定厚度的沉渣，成孔过程中遗留的 地层松散体的成份复杂，衰减大且波速低。 （５）如若提升导管的方式不当，停滞时间过长，拔管清 理不净或者进行二次浇筑等情况会出现断桩问题，导致幅度 以及声速迅速降低、波形形变严重甚至不能接收声波。 除了根据声参量变化的情况判断缺陷的性质之外，还应 该结合具体的地质勘探报告、施工记录以及施工工艺综合分 析判断。 ４探讨工程实测中遇到的问题 ４．１桩身混凝土的龄期 在对某工程中的桩身进行检测过程中，在灌注后的第６ｄ 对桩体进行检测，然而检测到的波形严重削减，收到的信号 图２灌注桩超声波法检测剖面示意 非常微弱，整体测量中这种情况普遍存在，初步判断为龄期 １一声测管；２一超声仪；３一发射换能器；４一接收换能器 问题，ｌＯｄ后再次对其进行测量，波形与信号均达标，判定桩 用多根检测管对同一根桩检测时，可分组测试。图３中表 体中不存在缺陷。由此可见龄期对检测结果的影响是很大的， 示的是超声波检测桩基的示意图。 在检测时桩的龄期应大于１４ｄ。 ４．２声测管问题 声测管是组成超声脉冲检测系统的重要部分，同时也是 检测时令换能器进入桩内的重要通道。此外声测管的预埋方 式以其的布置形式会对检测结果产生直接的影响，故而应在 检测桩的设计图纸中标明声测管的预埋及布置的方式。 ４．３超声波的局限性 图３超声波法检测桩基示意 ３．４检测数据的分析和判断 ３．４．１缺陷判断方法 判断灌注桩混凝土质量缺陷的方法主要有概率法以及 ＰＳＤ判据法两种。其中概率法的判断依据为检测到的声时数 据，首先对波幅、声速的临界值，临界值为声速的平均值 与 双倍的声速标准差 的差： ＝ ＿２ 。 超声波基本上只能对桩身的混凝土质量进行检测，至于 嵌岩桩与支承桩最好使用低应变反射波法对桩体进行支承情 况的检测，以保证基桩的承载力符合要求。 ５结论 由于测试技术的不断发展，一些软硬件大体上已经能够 满足工程建设的要求，同时电子信息技术也得到了极大的发 展。超声波透射技术检测桩身混凝土的质量能够准确并且直 观的检测出桩体内部是否存在缺陷及缺陷的位置与大小，已 成为了目前检测混凝土桩体质量的重要技术。随着今后对电 子信息技术的探索，技术人员检测水平的提升，检测仪器性 式中： ∑： 詈； ．／∑： ； 为第ｆ个测点的声速值； 能的提高，应用超声波法检测桩体的技术也会更加广泛。 点的波幅及声速在临界值以下就可将其判定为声速异常。 技情报开发与经济，２００８（１０）：２２ ２２５． ·ｎ为测点数。 参考文献 １孙光乾，吴迪．超声波透射法在混凝土灌注桩检测中的应用【１］Ｊ】．科 在对测得的数据超出临界值的区域进行分析判断，当测 ［１０７·
