何 宇
（四川金通工程试验检测有限公司，四川，成都，610000）
【摘 要】结合四川省某高速公路工程实例，介绍超声波斜射法测试方法，对桥梁基桩完整性进行分析与判定，阐述了超声波斜测法在基桩检测中的应用，从而避免在桩身质量评判过程中出现错判与误判。
【关键词】超声波法；斜测；基桩检测；应用
1、前言
随着我国基础建设的迅速发展，桩基础已成为桥梁工程最常用的基础形式。由于其成桩质量受地质条件、成桩工艺、机械设备、施工人员、管理水平等诸多因素的影响，较易产生夹泥、断裂、缩颈、砼离析、桩底沉渣较厚及桩顶砼密实度较差等质量缺陷，危及主体结构的正常使用与安全，甚至引发工程质量事故。利用超声波法对成桩完整性检测已成为最为普遍也最为有效的方法。
2、超声波法检测原理及技术
超声波法检测的基本原理是:由超声脉冲发射源在混凝土内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征。当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试及记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼内部存在缺陷的性质、大小及空间位置，并对砼总体的均质性和完整性的作出评价。
超声波法检测一般分为三种方法：
（1）平测（普查）：发射和接受换能器分别置于两声测管的同一高度，自下而上，将收发换能器以相同步长向上提升，进行水平检测。若平测后，存在桩身质量的可疑点，则进行加密平测，以确定异常部位的纵向范围。
（2）斜测：让发、收换能器保持一定的高差，在声测管中以相同的步长，同步升降进行测试。斜测分单向斜测和交叉斜测。斜测时，发、收换能器中心连线与水平夹角一般取30°～40°。斜测可探测出局部缺陷、缩径或专测管附着泥团、层状缺陷等。斜测法也是本文着重讨论的内容。
（3）扇测：扇测在桩顶、桩底斜测范围受限或为减小换能器升降次数时采用。一只换能器固定在某一高程不动，另一只逐步移动，测线呈扇形分布。此时换算的波速可以相互比较，但幅值无可比性，只能根据相邻测点幅值的突变来判断是否有异常。
3、数据分析与判定
检测按《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01—2004）中有关超声波法规定进行：
（1） 桩身缺陷以声速临界值、波幅临界值以及PSD(斜率法)判据进行综合判定。PSD值Kt按下式计算:
Kt=K?Δt
K=（tci-tci-1）/zi-zi-1
Δt=tci-tci-1
式中：tci—第i测点声时；
tci-1—为第i-1测点声时；
zi—第i测点深度；
zi-1—第i-1测点深度。
PSD值判据的物理意义为：声时—深度曲线相邻两点的斜率与相邻时差值的乘积。根据PSD值在某深度处得突变结合波幅变化情况，进行异常的判定。
（2）基桩检测的相关规范中，根据桩身是否存在缺陷及存在缺陷的严重程度，将桩的完整性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四个类别，并依据各检测剖面的声学参数异常点的分布情况及异常点的偏离程度，决定被测桩的完整性类别。但由于砼是集结型的复合材料，多相复合体系，分布复杂界面（骨料、气泡、各种缺陷），因此其检测的声参量数据波动较大；加上灌注桩的砼受自密实、地质条件及成桩工艺等影响，其声参量的波动性就更大了，因此在实际测试的过程中完全不出现异常测点的可能性较小，因此不能机械地理解并执行规范中桩身完整性的判定标准（规范对声参量异常判断均采用“可判断”），否则工程上很难有Ⅰ类桩，也不符合桩的完整性分类的定义。因此上述理论异常点只是可疑缺陷点，可根据以下五个方面进行综合判定：
① 异常点的实测声速与正常砼声速的偏离程度；
② 异常点的实测幅度与同一剖面内正常砼幅度的偏离程度；
③ 异常点的波形与正常砼的波形相比的畸变程度；
④ 异常点PSD判据的突变程度；
⑤ 桩的类型（摩擦桩或端承桩）、地质情况及成桩工艺。桩的类型及地质情况决定了桩身砼的压应力及弯矩大小随深度的变化规律，因此相同大小及程度的缺陷在桩身不同深度对该桩是否达到设计要求的影响程度差别较大，应适当加以区分。
4、斜测法在工程实例中的应用
在超声波法进行基桩完整性检测当中，在通常情况下采用平测的方法进行检测。但是如果单纯的采用平测来判定基桩的完整性就有可能造成误判和错判，下面我们通过工程实例来说明。
在某高速某标段某大桥的检测中，其中该桥8-1#基桩（桩径2200mm）在桩身六个剖面均出现声学参数异常的情况，进行加密复测后确定该桩缺陷位于桩顶以下7.3-7.5m，竖向缺陷范围30cm。按照《公路工程基桩动测技术规程》标准来判定，该桩属于断桩，应判定为Ⅳ类桩（实测波形曲线图见图1）。但在施工现场询问现场管理人员人员得知，该桩浇注过程十分顺利，整个施工过程未出现任何异常情况。按照经验，平测过程中反映的问题很有可能是由于其他原因而导致。
通过平测，已经确定缺陷竖向范围在桩顶以下7.3-7.5m，但缺陷占整个桩身横截面的面积并不确定。在超声波法检测中，斜测法能够较为准确的检测出该缺陷在桩身横截面的面积大小。
对于该桩六个剖面均存在缺陷的情况，斜测应进行交叉斜测以保证检测结果的准确性。检测步骤：
（1）以前进方向为顺时针将声测管分为1#、2#、3#、4#。将4根换能器分别放入声测管中。
（2）两两量出声测管间距并做记录。
（3）按照30°～40°夹角将1#换能器提高至某一高程，保持另外3根换能器在同一高度，开始提升4根换能器，直至超过缺陷断面；然后将换能器放入管底，保持1#换能器在管底，将其他3根换能器同时提至同样高度。再一次提升换能器，超过缺陷断面后即完成“1高234低”以及“1低234高”两个过程。
（4）重复第（3）步，完成“2高134低”、“2低134高”、“3高124低”、“3低124高”、“4高123低”、“4低123”高。从而完成整个斜测的采集过程。
（5）测试完成后，在米格纸或者CAD上作出阴影图，以便确定横截面缺陷范围。
（6）该桩在完成整个测试过程后，应用CAD将测线图绘出测线图如图2，缺陷在整个横截面上所占比例见图3
由图3可直观的看出出该桩在平测时反映出的缺陷为全断面缺陷，但是在使用斜测论证后，清晰的看出该桩缺陷类型为声测管被包裹，后进一步向施工单位求证，在声测管连接位置，为防止接头漏浆，在声测管接好后在外面还用胶带进行了缠绕固定。
6、结语
通过四川省某高速某标段某大桥8-1#基桩的检测可以看出基桩完整性检测的合格与否直接关系到工程的安全，因此如何利用检测结果准确判断基桩的完整性尤为重要。一般来说，通过平测与斜测能准确判断缺陷。但是在平测时发现缺陷时必须使用斜测等其他方法来确认桩身质量，防止由于人为原因将本身无缺陷或极小缺陷的基桩误判为Ⅲ、Ⅳ类桩。总结实际工作经验，可以得出以下结论：
（1）通过平测与斜测，可以明显判断基桩的缺陷是否为泥浆包裹声测管，或者层状缺陷，亦或中心泥团。
（2）局部缺陷：在平测中发现某测线测值异常，进行斜测，在多条测线中，如果仅有一条测线测值异常，其余均为正常，则可以判断该缺陷为局部缺陷。
（3）缩径或声测管附着泥团：在斜测线中，通过异常平测点发射处的测线测值异常，而穿过两声测管连线中间部位的测线测值正常，则可判断桩中心部位是正常混凝土，缺陷应出现在桩的边缘，声测管附近很有可能是缩径或者附着泥团。
（4）层状缺陷：如果斜测线中除通过异常平测点发收处的测线测值异常外，所有穿过两声测管连线中间部位的测线测值均异常，则可判定该声测管间缺陷连成一片。如果几个测试面均在此高程处出现这样的情况，如果不是在桩底部，测值又严重低下，则可判定是整个断面的缺陷，如夹泥层或疏松层，即断桩。
（5）从理论上，在斜测时两个换能器在信号接收可能范围内高差越大，测出的横向缺陷面积越准确，但是由于超声波在钢筋中传递的波速远大于在混凝土中的波速，高差过大有可能导致超声波传递路径的改变，从而造成波形失真，波速异常的情况。因此，从诸多试验以及实际经验而言，在确定收、发换能器高差时，以发、收换能器中心连线与水平夹角保持取30°～40°为最佳。
参考文献：
[1]俞金柱 桩基检测方法综述[J].科技咨询导报；2007年24期.
[2]肖广成 声波透射法的研究[J].重庆交通学院学报；2001年04期.
[3]冉立新，赵全胜 桩基础常用检测方法的可靠性分析与对策[J].城市道桥与防洪；2005年05期.
[4]赵毅 双层钢筋笼混凝土灌注桩的超声波检测.桥梁建设2007.
[5]王英 混凝土灌注桩工程质量超声波检测理论、方法及应用 2005.
[6]刘冀 桩基检测技术的综合应用[D].中南大学；2011年.
[7]人民交通出版社 公路工程基桩动测技术规程.JTG/T F81-01-2004.
论文作者:何宇
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/13
标签：缺陷论文; 异常论文; 超声波论文; 换能器论文; 完整性论文; 波速论文; 程度论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;