大直径混凝土桩在施工现场，经常出现离析、夹层、局部断桩、缩颈等现象，特别是在水下灌注混凝土要求专业化水平高、紧密连、成桩流程极其隐蔽、成桩后难发现等多个方面，因此不进行检测无法保障基桩的力学性能和耐久性，也会遗留隐患。关于基桩完整性的检测可以通过钻芯法、低高应变法和声波透射法等方法进行检测。但是这些技术对长桩、大直径桩而言检测过程存在局限性。以低应变法来看，由于激振能量小，进行深部缺陷检测时会出现反射不灵敏的现象；在桩身存在大量缺陷时，因为多个反射波引起干扰，会对桩身缺陷的类型及位置无法准确的判断。钻芯法钻孔只能反映桩身的局部缺陷，不易察觉深层次的小缺陷，耗费时间长，桩身结构也会造成损害，不建议普查。使用声波透射法对大直径混凝土灌注桩进行检测，相比之下它具有以下特点：细致检测、声波检测的范围广，完全可以覆盖至全桩长的各个横截面，获取结果准确度高，且现场操作方便简易。
1.声波透射法的原理及检测手段
1.1 声波透射法的基本原理
在桩身处安置若干竖直的声测管当做换能器的通道，在管内灌满清水当做耦合剂，把超声波脉冲发射换能器和接收换能器放在声测管内，两根声测管设为一组，经过水的耦合，从一根声测管的换能器发射超声脉冲信号，穿越检测的桩体混凝土，通过另一根声测管的接收换能器接收信号，收集到声时、声速、首波的波幅以及接收波主频变化的主要参数进行整合。混凝土是经过多种材料混合组成的多孔结构，混凝土内有不连续或损坏时，缺陷面形成波阻抗界面，波在该界面会产生波的透射和反射，让接收到透射波能量减少；混凝土内是松散、蜂窝、孔洞现象时，会发生波的散射和绕射；依据波的初始到达时间和能量衰减特性、频率、波形突变程度等信息，可以得出测区混凝土的密实度参数。
1.2 检测方法及注意事项
跨孔透射法和单孔折射法是声波透射法常用的测桩方式。仪器是可以选用特定型号的非金属超声波检测仪，通过跨孔透射法对桩身完整性进行全面检测。在检测大直径灌注基桩中，每个环节都容不得半点疏忽，会影响检测结果的准确度；而采取不正确的处理方法，后果更是十分严重，因此，应按照规定流程进行严格检测。
（1）预选对声测管做试探性检验。声波检测管大部分情况是埋放在桩基中，一不小心就会在声测管中携带杂物，检测探头无法准确的放达桩底，可能出现探头被夹在管内某一位置，不能被拉回来。测试过程中会增加成本，蒙受损失。通过改进，要求声测管埋设结束后要增加盖子避免有异物滑落。在检测前拿掉盖子，注满水，并用测试绳直放到管底，检验声测管是否有杂物，确保管内通畅。
（2）耦合剂必须是清水。专业规范中有明确规定在声波透射法检测中的耦合剂为清水，而实际的施工现场想要取得清水也是一件棘手的事情，如果在声测管中将泥水灌入，在短时间静置后，泥水的颗粒物会下沉至管底，使探头无法到达管底，水质不清会对超声波的传送与接收造成阻碍。面对这类问题，有如下解决方法：采用硬质 PVC 管放置到声测管底部，把管底部的泥水利用高压水泵的压力挤出，持续直到有清水。
（3）测试时要同步提升探头。检测过程中经常采用水平同步法，两点间距不超过 260mm。发射与接收换能器以相同标高进行升降同步操作，高度差合算不应超过22mm，并随时调整。目的是让两个换能器达到同步升降的效果，整个检测流程中必须要有操作经验的工人来配合，一旦出现发射与接收换能器的高度差超出规定值后，主机不能接收到信号。
2.实际案例
检测设备使用型号为 ZBL-U520的非金属超声检测仪。整个测试过程，声测管数量超过2根时，声测管的编号规律是依据顺时针旋转方向来进行，避免出现记录有偏差，并逐一把一对换能器放进管内。延时时间可以通过改变声测管之间间隔来调整，让采集到的首波图像调整至屏幕适当位置。根据一发一收的方式，测试间隔设置为250mm，由桩底至桩顶逐一做测试出声时、声速、波幅以及主频得到所需声学参数，以此来判断桩的质量。
2.1 完整桩
清远的某电力迁改工程所应用到的墩桩，测得桩径是1800mm，桩长为18m。桩的结构分4个剖面在声时-深度、波幅-深度、声速-深度的呈象几乎是一条直线，对剖面进行检测采集到的声学参数无异常情况，最终分析结果显示，此桩为Ⅰ类桩。
2.2 缺陷桩
（1）桩身局部有夹层。如图1所示为某桩BC剖面的波形曲线，该桩长为9.0m，桩径大小是1200mm。整个检测过程出现，在桩顶7.2～7.74m 内的声学参数有异常情况。对其进一步的检测，同一位置出现声速骤降，波幅明显有陡动。由钻孔取芯和灌注技术专业人士的证实，在BC剖面的7.2～7.74m范围内藏有泥水混合物。
（2）桩底离析。对于桩底沉渣声波曲线特征如图2。该桩总长度为 8.8m。在8.2～8.7m 区间内声速曲线骤降，超过波速临界值，会使波幅曲线衰减速度增快，初步判断为桩底部出现松散离析。在施工单位证实是由于孔留有污渍，沉淀物积累，出现混凝土松散离析现象。
（3）断桩。这是桩基缺陷非常恶劣的情况。在断桩部位的声时检测异常突增，声速却急剧下降，波幅出现剧烈降低，甚至出现衰减率 100%的情况，会使得无波形或者接收换能器没有出现收信号收集的情况。图3是高速公路基桩的1号墩和2号桩的声波透射法所检测的图像，该桩的检测长度是25m，在AB、BC、AC的剖面16.2～19.8m 区间内声速骤降，波幅衰减率高达100%，换能器会没有收到信号，就可判作是断桩。由专业施工的技术人才确定了当天灌注混凝土时要经过长时间的等待使混凝土离析，没有作二次搅拌，灌注会因大颗粒物卡在导管内，积累过多，非得要提出导管做进一步清理，造成断桩。
3.结论和要求
采用声波透射法对大直径的混凝土注入桩身的完整性进行全面检测，在桩身全长范围内对混凝土出现的缺陷情况做全面检测，不受桩径桩长的影响，对施工现场的环境要求也不高，因此这种方法具有独特的优势。声波透射法对桩基质量进行检测，会被各种客观因素所影响，造成误判、结果显示不准确的后果。所以，在整个施工流程负责的技术人员和专业检测员工要对声测管放置的各个环节进行严密监管，避免造成施工单位不必要的损失。声波透射法检测中如果出现异常情况，应该结合各类实测结果，分析曲线变化规律，审查工程地质资料，对施工单位进行背景调查，并使用加密测点或斜测的方式，综合判断各个缺陷性质以及成果，让检测结果能更符合实际情况，防止造成误判、错判的后果。
参考文献：
[1] JGJ106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[2] 张宏，鲍树峰，马晔.基于声波透射法的大直径超长桩的完整性分析.路基工程，2007[5].45-47.
论文作者:梁志雄
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/21
标签：声波论文; 混凝土论文; 声速论文; 波幅论文; 缺陷论文; 换能器论文; 剖面论文; 《基层建设》2016年第34期论文;