超声波在桥梁桩基中的应用

超声波在桥梁桩基中的应用

姜福生

姜福生（辽宁省路桥建设一公司）

摘要：桩基工程除因受岩土工程条件、基础与结构设计、桩土体系相互作用、施工以及专业技术水平和经验等关联因素的影响而具有复杂性外，桩的施工还具有高度的隐蔽性，发现质量问题难，事故处理更难。因此，基桩检测工作是整个桩基工程中不可缺少的重要环节，只有提高基桩检测工作的质量和检测评定结果的可靠性，才能真正做到确保桩基工程质量与安全。

关键词：超声波桩基

1基本术语和和原理

1.1桩身完整性是一个综合定性指标，而非严格的定量指标。其类别是按缺陷对桩身结构承载力的影响程度划分的。这里有两点需要说明：①连续性包涵了桩长不够的情况。因动测法只能估算桩长，桩长明显偏短时，给出断桩的结论是正常的。而钻芯法则不同，可准确测定桩长。②作为完整性定性指标之一的桩身截面尺寸，由于定义为“相对变化”，所以先要确定一个相对衡量尺度。但检测时，桩径是否减小可能会参照以下条件之一：a按设计桩径；b根据设计桩径，并针对不向成桩工艺的桩型按施工验收规范考虑桩径的允许负偏差；c考虑充盈系数后的平均施工桩径。

1.2桩身缺陷有三个指标，即位置、类型（性质）和程度。动测法检测时，不论缺陷的类型如何，其综合表现均为桩的阻抗变小，即完整性动力检测中分析的仅是阻抗变化，阻抗的变小可能是任何一种或多种缺陷类型及其程度大小的表现。因此，仅根据阻抗的变小不能判断缺陷的具体类型，如有必要，应结合地质资料、桩型、成桩工艺和施工记录等进行综合判断。

1.3超声波测试原理声波透射法测试理论基础建立在固体介质中弹性波的传播理论上，以人工激振的方法向介质（岩石、岩体、混凝土构筑物）发射声波，在一定的空间距离上接收介质物理物性调制的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，解决一系列岩土工程中的有关问题。混凝土桩的超声波检测技术是属于波在有损耗介质传播的研究范畴。

当混凝土介质的构成材料、均匀度、养护方法、施工条件等因素基本一致时，声波在桩体传播中运动学特征和动力学特征一致；反之在施工中由于塌孔、离析、夹泥等现象出现，声波在传播中，必将在运动学特征和动力学特征上发生变化。

2测试方法

声波透射测试方法有平测法、斜测法和扇面测法三种，一般采用平测和斜测两种方法。

2.1平测法是将发射和接收两换能器始终保持在同一标高上，进行测试，通过平测可知道缺陷在垂直方向上的区域大小和严重程度，但不能确定缺陷在水平方向上的大概部位。

2.2斜测法是发射和接收两个换能器不在同一标高上，进行测试。在斜测过程中，采用固定的相差高程，且同一剖面进行两次单独的测试。一般来说高程相差越大，越能缩小缺陷在水平方面的范围，但是高程相差越大，测试信号就越弱，各种干扰信号就越强，就越容易形成误判。所以测试时在保证信号较好的情况下，可适当增大两换能器间的高程差。

2.3扇形测法即固定某一固定换能器，将另一换能器等间距移动，两换能器高程差不停变换，形能一扇面。该方法比斜测法操作复杂且数据处理较麻烦，只针对可能有较严重缺陷的桩采用这一测试方法。声波透射测试方法具有能判断缺陷在垂直方向上具体部位、在水平方向上的大致范围等优点，是反射波法，钻孔取芯无法比拟的，但不足之处在于：①对竖向缺陷范围比水平方向缺陷范围容易更准确的确定。②采用平测法时，容易将水平向（如桩横截面方向）较大而竖向（如沿桩身方向）很小的缺陷给漏掉。③存在一定范围的测试盲区，即只能测出声测管之间一定范围内砼是否有缺陷，不能准确测出桩身整个断面是否有缺陷。例如桩中心是否有较小缺陷，桩周是否有局部缩径、扩颈等缺陷。

3检测数据的分析与判定

3.1声速、波幅和主频都是反映桩身质量的声学参数测量值。大量实测经验表明：声速的变化规律性较强，在一定程度上反映了桩身混凝土的均匀性，而波幅的变化较灵敏，主频在保持测试条件一致的前提下也有一定规律。其基本原理如下：在n次测量所得的数据中，去掉k个较小值，得到容量为（n-k)的样本，取异常测点数据不可能出现的次数为1，则对于标准正态分布假设，可得异常测点数据不可能出现的概率为：

由φ(λ)=1/(n-k)在标准正态分布表可得与不同的（n-k）相对应的λ值，每次去掉样本中的最小数据，计算剩余数据的平均值，标准差得对应的λ值。由式u0=um-λ·sx计算异常判断值并将样本中当时的最小值与之比较；当仍为异常值时，继续去掉最小值重复计算和比较，直至剩余数据中不存在异常值为止。此时，u0则为异常判断的临界在值u0。

3.2波幅临界值判据式为Api<Am-6即选择当信号首波幅值衰减量为其平均值的一半时的波幅分贝数为临界值，在具体应用中应注意下面几点：①因波幅的衰减受桩材不均匀性、声波传播路径和点源距离的影响，故应考虑声测管间距较大时波幅分散性而采取适当的调整。②因波幅的分贝数受仪器，传感器灵敏度及发射能量的影响，故应在考虑这些影响的基础上再采用波幅临界值判据。③当波幅差异性较大时，应与声速变化及主频变化情况相结合进行综合分析。

3.3桩身完整性判定与分类除依据声速。波幅等变化规律和借助其他辅助方法外，还与诸多复杂因素有关，故在使用中应注意以下几点：①可结合钻芯法将其结果进行对比，从而得出更符合实际情况的分类。②可将实测时程曲线的畸变及频谱。PSD值的变化相结合，进行综合判定与分类。③可结合施工工艺和施工记录等有关资料具体分析。

4总结

利用超声波检测钻孔灌注桩数据稳定,质量可靠,操作方便。同时钻孔灌注桩出现桩身断桩、砼离析、缩径等质量问题时应针对产生的区域作不同的处理。在检测时，对有缺陷的桩应持慎重的态度，本着实事求是的原则，对有缺陷的桩进行承载力校核，对能满足各项承载力要求的桩不必进行加固处理，从而减少不必要的浪费和损失。