混凝土灌注桩超声波检测及分析

第１１卷第２５期２０１１年９月　科学技术与工程　Ｖｏ１．１１　Ｎｏ．２５　Ｓｅｐ．２０１１　１６７１—１８ｌ５（２０１１）２５－６１４８—０４　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　＠２０１１　Ｓｃｉ．Ｔｅｅｈ．Ｅｎｇｒｇ．　一般工程技术　混凝土灌注桩超声波检测及分析　陈国栋　（上海市建筑科学研究院，上海２０００３２）　摘要以试验为基础，结合工程实例，对混凝土灌注桩的质量进行了超声波检测，采用相应判据进行辅助分析，同时分析了　声测管不平行给检测结果带来的偏差，并用曲线拟合的方法对不平行的声测管进行了矫正。分析结果表明，以声幅作为判　据，往往过于严格容易产生重判；以声时、声速作为判据，则会受到声测管不平行的影响，产生误判，实际工程中应结合多种判　断方法综合分析。　关键词超声检测　灌注桩　声测管　拟合　中图法分类号ＴＢ５９９；　文献标志码Ａ　自２０世纪９０年代以来我国每年的用桩量超过　泛的应用　。　５００万根，而绝大部分为混凝土桩，其中沿海地区和　本文在模拟试验结果的基础上，结合工程实际　长江中下游软土地区占７０％一８０％，在现代大型土　分析了声幅、声时、声速、做为判据时可能产生的不　木工程建设项目中，用于桩基础工程的费用往往达　利后果，着重分析了可能由于声测管不平行给检测　到总造价的１／３到１／４　。由此可见，如何保证桩　结果带来的偏差，并用曲线拟合的方法对不平行的　基础的质量以满足工程建设需要，无论是对工程结　声测管进行了矫正。　构的重要性还是工程费用而言，都是不言而喻的。　由于混凝土灌注桩施工具有高度的隐蔽性，而影响　１模拟试验验证　桩基础工程的因素又很多，所以桩的施工质量有很　多的不确定性。为此，加强桩基施工过程中的质量　为便于对比分析，检验试验的可靠性，本试验　管理和施工后的质量检测，提高桩基础质量检测和　试件制作采用与文献［５］相同的规格和数量：８个试　检测评定结果的可靠性，对确保整个桩基础工程的　块尺寸均为１５×１５×１５　ｃｍ　，其中１号和２号为密　质量和安全有重要意义。　实的混凝土试块，３号和４号为疏松的试块，５号为　目前，国内对超声波在混凝土灌注桩质量检测　密实的混凝土试块，内充有空洞的尺寸为直径为　方面已进行了多方面研究　，超声波检测作为一　２　ｃｍ，长为２　ｃｍ的圆柱体，６号为疏松的混凝土试　种无损检测技术，在保证桩的承载力和完整性不受　块，内有空洞的尺寸为直径为２　ｃｍ、长为５　ｃｍ的圆　影响的情况下，对桩身完整性、桩身缺陷程度并确　柱体。７、８号为分层的试块，分层处为７—　ｃｍ处。　定缺陷位置进行判断，从而保证桩基础在施工过程　试验仪器选用ＲＳＭＳＹ５非金属数字式声波仪，　中的质量，同时相应检测仪器具有轻便、抗干扰能　试验采用单通道内触发方式，采样点数１　０２４，发射　力强、结果直观可靠等优点，因而在工程中取得广　电压８００　Ｖ，低通５００　ｋＨｚ，高通５　ｋＨｚ，采样长度　１６　Ｋ，声时测读精度０．１　ｓ，接收灵敏度≤３０　Ｖ，　２０１１年５月２７日收到　采用自动增益，延迟时间８０　ｓ，传感器发送的频率　第一作者简介：陈国栋（１９７５一），男，博士，工程师，研究方向：钢．混　为５０　ｋＨｚ，采样周期为０．４　Ｉｔｓ，ＩＢＭ笔记本电脑数　凝土组合结构。Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｈｇｄ１０２６＠１６３．ｃｏｒｎ。　据采集。混凝土试块７　ｄ、１４　ｄ、２８　ｄ龄期的检测数　２５期　陈国栋：混凝土灌注桩超声波检测及分析　据表１。　管，采取等边三角形布置，间距约为０．８１　ＩＴＩ，采用　ＲＳＭＳＹ５非金属声波仪（一发双收）进行检测，检测　从表１和文献［５］的相关试验结果可看出，７　ｄ　后得到的混凝土试块，力学性质有一定的稳定性，　从测得的声时、声幅可以看出随着时间的推移，大　部分的同一试块所测的声时减小，声幅增大，力学　性质会发生了一定的变化。但可以看出１４　ｄ后所　得的数据与２８　ｄ后所得的数据相差很小，从而可以　得出２８　ｄ后的混凝土试块的性质基本上达到稳定。　同时可以看出，声时、声幅可以作为分辨混凝土的　缺陷比较好的依据，主频也可以作为辅助手段。由　于试件尺寸为１５×１５×１５　ｃｍ　，距离比较短，同时检　测具有很大随机性，内有空洞的试块测出的数据很　难反映试块内到底有没有空洞。从实验数据还可　以看出对于分辨１、２、５以及３、４、６两组试块为　力，主要由于试块的尺寸太小，超声波的扩散性很　严重以及所放的圆柱体尺寸太小。总体来说混凝　土试块力学性质７　ｄ后就基本上达到了稳定，这为　现场实际检测时，缩短工期，提高施工进度在混凝　土龄期７　ｄ后就进行质量检测提供了依据。　表１试块检测数据　龄期　试块　１　２　３　４　５　６　７　８　声幅／ｄＢ　１００．５１　９８．６５　８５．１９　８６．３８　９３．３６　７９．２３　７５．５６　７６．６７　７　ｄ　声时／　ｓ　４１．５５　４１．０５　５９．５０　６０．１５　４２．４５　６１．０５　５１．０５　４９　５５　主频／ｋＨｚ　４７．５３　４７，９６　４６．３２　４６．１３　４６．７６　４５．３２　４６．３６　４６．６５　声幅／ｄＢ　１０１．３１　９９．４５　７５．７６　７６　７８　９５．６３　８０．８３　８９．８５　８８．５５　２８　ｄ声时／　ｓ　４０．２６　３９　６５　６Ｏ．３２　６Ｏ．０３　４１．５７　６Ｏ．６８　４９．４７　４９．５１　主频／ｋＨｚ　４７．８３　４８．１５　４６．３２　４６．２７　４７．１３　４５．１６　４６．３５　４６．６５　注：表中声幅、声时均为平均值。　２桩身完整性判断及分析　２．１桩身质量分析　洛阳西南外环高速公路Ｋ１６＋９７４处某桥梁桩　基础ｌ＿３，桩长２７　ｉｎ、桩径１．２　ｒｎ，Ｃ２０混凝土翻浆　灌注，声测管为内径５３　ＩＴｌｍ，外径６０　ｍｍ的无缝钢　步距３０　ｃｍ，根据前文的试验可知，龄期７　ｄ以后混　凝土的力学性质已趋于稳定，该桩检测时混凝土龄　期为１０　ｄ，检测所得三个剖面的声幅一深度曲线、声　时一深度曲线、声速．深度曲线如图１所示。　｛　嚣ｉ骥　蹴　；　黧　ｆ　（ａ）ａ－ｂ剖面　｛　纛　Ｉｌ　ｊ；　　＿■　：ｌ　ｌ｝　ｉ　－　ｆ　麓　；｛　粼　　霉　Ｉ　Ｉ　羁　Ｅ　鞲§熬ｉ　（ｂ）ａ－ｃ剖面　；　‘　、　）　辫　）　Ｉ　ｊ　蠹嚣　ｉ　ｌ　ｆ　瓣　Ｉ　辨ｉ　｛　（ｃ）ｂ－ｃ剖面　图１各削面判据曲线　从图１各剖面判据曲线，首先可以对该桩的质　量作以粗略的判断：在ａ—ｂ剖面利用声时、声速作为　判据时，可以看出，各个测点的最小值均没有超出　相应的判据值，桩身质量较好，不存在明显缺陷；而　利用声幅作为判据时，在距桩顶１２．２　ＩＴＩ、１６．３　ｉｎ、　１７．９　ｍ、２０．３　ｍ、２４．３　ｍ处声幅值明显超出相应的　６１５０　科学技术与工程　ｌｌ卷　判据，说明在这些测点处可能存在一定的缺陷；对　行修正，修正时，以曲线的转折点为分界点选取两个　拟合曲线进行拟合，即只需对３．６—１２．９　ｍ，１２．９—　１６．２　ｉｎ这两段进行拟合。对ａ．ｂ剖面和ｂ－ｅ剖面进　于ａ—ｃ剖面，利用声时、声速作为判据时，也可以看　出，各个测点的最小值均没有超出相应的判据值，　同样表明桩身质量较好，不存在明显缺陷；而利用　声幅作为判据时，在桩顶以下０—５．５　ｍ以及２０．４　１１１、２３．１　ｒｌｌ、２４　ｉｎ处的声幅值超出判据值，说明在这　些地方可能存在一定的缺陷；对于ｂ－ｅ剖面，利用声　时、声速作为判据时，在桩顶以下Ｏ＿＿３．６　ｍ范围内，　声时、声速值均低于相应的判据值，其他部分均在　判据值以上，这说明在这一范围内可能存在缺陷，　而在４　ｍ左右到ｌ２．５　ｍ左右这一段范围内声速明　显偏高，则说明在这一区段可能出现了声测管发生　侧移，利用声幅作为判据时，同样可看出，在０－３．６　ｍ区段内及１１．２　ｍ、２４．６　ｍ处出现声幅异常，结合　声时、声速的判断，可初步推断出：在ｂ－ｃ剖面的Ｏ一　３．６　ｍ区段内可能存在一定程度的缺陷。　３．２桩身质量综合判定　由以上各剖面的判据曲线中可以看出，ａ．ｂ剖　面的声速一深度曲线趋势分为：０＿２．４　ｍ，２．４—　１５．９　ｍ，１５．９－－２２．８　ｍ，２２．８－－２７　ＩＴＩ四个部分；ａ—Ｃ　剖面的声速一深度曲线虽然有一定走势的变化，但就　整体而言其趋势基本平稳，除了个别特殊点外没有　４　加　大的起伏，初始波速基本上处于混凝土波速的正常　范围内；对于ｂ—Ｃ剖面，其声速一深度曲线趋势分为　０—．３．６　ｉｎ，３．６—１２．９　ｍ，１２．９—１６．２　ｍ，１６．２—＿２７　ｍ　四部分，在ｌ６．２＿２７　ｍ这一范围内，曲线的趋势基　本平稳，没有较大的起伏，其声速也在混凝土正常　声速的合理范围内。在Ｏ—３．６　ｍ这一区域内，由声　速一深度曲线结合图２中ｂ－ｅ剖面判据曲线，可判　断，在这一区域内存在一定程度的缺陷（这一区域　位于桩顶部分，此处的管距　是真实的）。　由于声测管为钢管，其产生弯曲或倾斜的长度　一般较长，结合ａ—ｂ剖面、ａ—Ｃ剖面和ｂ－ｅ剖面的判　断可知，产生测管弯曲的原因是由于ｂ管的弯曲引　起的，其弯曲主要集中在２．４—１６．２　ｍ这一范围内，　与一般声测管弯曲是的长度（１０　ｍ以上），基本吻　合，可以认为这一判断是准确的。　根据上述判断，对ａ．ｂ和ｂ－ｃ剖面声测管管距进　行声测管管距修正后的深度．波形曲线如图２所示。　（ａ）ａ－ｂ剖面（ｂ）ｂ—ｃ剖面　图２　ａ—ｂ、ｂ．Ｃ剖面修正后声速一深度曲线　从图２可以看出，ａ—ｂ剖面除桩底声速偏低外　其它各个测点声速基本在正常值范围内，桩底声速　偏低可能是由于桩底沉渣没有清理干净造成的；ｂ—ｃ　剖面，在４　ｍ以下范围内声速正常，且趋势平缓、波　动较小，可判断在４　ｍ以下该剖面的桩身质量较好，　ｍ　０—４　ｉｎ范围内，由于声速较小（低于正常的混凝土　声速值），则可判断，这一区段存在一定的缺陷。　综上所述，利用声幅做为判剧可以看出在桩身　的各个剖面均存在一定程度的缺陷，甚至个别测点　处的缺陷还较为严重，而利用声时结合声幅做为判　剧时，可看出，除了在ｂ—ｅ剖面的０＿３．６　ｍ左右的　区域内存在缺陷外，在其它部分桩身是基本完好　的，只是在部分测点处声速偏小，造成这种情况的　原因可归咎于检测时混凝土的龄期较短　部分混凝　土的强度尚未完全达到一定的强度值。　综合以上分析可看出，除在桩顶及ｂ—ｅ剖面的　Ｏ—３．６　ＩＴＩ左右处存在缺陷外，其余部分桩的质量基　本完好。由现场钻心取样分析结果，上述的判断是　基本正确的，因而该检测和分析方法是可行的，可　以在实际工程中应用推广。　２５期　陈国栋：混凝土灌注桩超声波检测及分析　６１５１　判断。　４结语　参考文献　从上述分析可以看出：　１　张宏．灌注桩检测与处理北京：人民交通出版社，２００１；８—１２　（１）不同的判据得出各个测点的判据曲线均满　林梁，黄真萍．混凝土灌注桩的跨孔超声波检测方法研究，岩　足要求时，则在该测点处桩身质量完好。　一　土力学，２００５；２６（５）：９９—１ｏ４　周文斌，胡二中，黎超群．检测管不平行对超声波透射法检测数　（２）声幅作为判据得出该测点处存在缺陷而利　据的影响和校正方法．湖南大学学报（自然科学版），２００８；３５　用声时、声速作为判据得出该处不存在缺陷时，可　（１１）：１３６一ｌ３９　认为该处不存在缺陷，造成这种现象的原因是由　４　张玉明，岳强．多参数综合分析法在桩基超声波检测中的应　于：用声幅作为判据时，判据过于严格，往往会出现　用．四川建筑科学研究，２０１０；３６（２）：１５５一ｌ５８　重判现象。　高卫国．声波透射法检测大直径灌注桩砼质量在厦门地区的应　（３）用不同的判据进行判断时，若均出现异常　，　用．福建建筑，２０００；（３）：３６—３８　哈继勇，孟庆余，张国民，等．声波透射法进行钻孔灌注桩完整性　情况，则可断定该处存在缺陷。　检测．内蒙古公路与运输，２００３；（４）：ｌ４一ｌ６　（４）施工过程中运用超声波投射法进行混凝土　７　陈久久．超声波透射法数据信息处理．［硕士学位论文］．长沙：　灌注桩检测时应采用多参数综合分析法进行分析　中南大学，２００２；１７～２５　Ｔｈｅ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｐｉｌｅ　ＣＨＥＮ　Ｇｕｏ—ｄｏｎｇ　（Ｓｈａｎｇｈｍ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００３２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｉｌｅ　ｂｏｄｙ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｓ　ｃｌｅｔｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｃｕｒｖｅ，　ｕｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ａｓ　ａｉｄｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｖｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅｓ　ｏｆ　ｗａｖｅ　ｕｎｐａｒａｌｌｅｌ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｓ　ｒｅｃｔｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ａｍｅｎｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ｏｆ　ｗａｖｅ　ｒａｎｇｅ　ｉｓ　ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｏｆ　ｗａｖｅ　ｕｎｐａｒａｌｌｅｌ　ｗｉｌｌ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ—ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｃａｓｔ—ｉｎ－ｐｌａｃｅ　ｐｉｌｅ　ｐｉｌｅ　ｏｆ　ｗａｖｅ　ａｍｅｎｄ