1、浅谈桥梁桩基超声波检测 引言 随着改革开放的发展，国家加大了对基础设施建设的投资力度，各省市的交通建设进入了高速发展阶段，各地高速公路相继开工建设，从而出现大量的基桩施工，由于技术人员缺乏，时有施工工序监控难以到位的情况发生，加之地质条件复杂等因素，往往出现不少的基桩质量事故。超声波透射法作为一种基桩桩身质量检测手段，可以准确发现基桩缺陷位置以及缺陷范围，并根据异常特征分析判断缺陷性状及缺陷程度，依据标准进行桩身完整性评价，为桥梁基础的稳固与安全提供保障。 1 超声波透射法的工作原理 超声波是弹性波的一种，把混 凝土介质视为弹性体，超声波在混凝土中的传播服从弹性波传播规律。混凝土超声波检测主要
2、采用穿透法，即用一发射换能器发射超声脉冲波，让超声波在混凝土中传播，然后由接收换能器接收；透过混凝土传播的超声波携带有关混凝土材料相关信息，准确测定这些参数的大小变化，可推断混凝土性能、内部结构及其组成情况。 基桩超声波检测是在基桩中预埋声测管，在两根声测管中分别放置发射换能器和接收还能器，并在声测管中注满水作为耦合介质 (见图 1)，当发射换能器发射超声波，超声波在混凝土中传播后到达接收换能器并被量测记录，由此可计算出 混凝土的声速 : 当桩身某一段存在蜂窝、离析或夹泥等缺陷时，接收到的超声波信号会出现波速降低、振幅减小，同时波形畸变、接收信号主频发生变化等特征。超声波透射法基桩检测就是根据
3、混凝土声学参数测量值的相对变化，分析、判别其缺陷的位置和范围，评定桩基混凝土质量类别。 2 实例分析 在江西地区，公路桥梁基桩均采用人工挖孔灌注桩或钻孔灌注桩，在基桩的施工过程中如果出现质量事故，大多发生混凝土离析、夹泥或蜂窝等现象，且以离析现象居多。另外，声测管变形引起的异常，虽然不是基桩混凝土质量问题，但 它干扰了对基桩质量的判断，因此本文也对此进行了探讨。鉴于上述现象，在下面的论述中分别以典型实例进行分析。 2 1 钻孔灌注桩混凝土夹泥现象 依图 2 所示，正常波形首波起跳清晰，幅值、波速高，曲线规则，而在深度 44.5m处一下出现明显的超声波异常，异常波形首波起跳点难于辨认，幅值弱波速
4、低，曲线严重畸变；经取芯验证（图 3）发现在异常部位确实出现大量的夹泥现象。 该桥钻孔灌注桩，采用的是泥浆护壁水下灌注，通过分析，认为出现上述缺陷的原因是由于泵送混凝土导管阻塞，浇灌桩混凝土的连续性被冲 断，其间隔时间较长且超过了初凝时间，夹泥混凝土开始固结，在后续浇灌混凝土时，该部分被埋入桩中从而形成缺陷。 在施工过程中如果出现混凝土的浇灌停顿，且冲断的时间间隔超过混凝土的初凝时间时，应停止浇灌，根据已浇灌混凝土高度来决定重新成孔浇灌或采用清孔接桩方式进行。 2 2 人工挖孔桩混凝土离析现象 图 4为采用武汉沿海 RS-ST01C型仪器检测某桥梁基桩结果图，在 16.55m处以下至桩底段，超
5、声波波幅弱、波速极低，该段有明显异常，根据桩孔施工工艺及异常特征，判断该处混凝土离析。从钻芯 检测验证结果来看 (图5)，在超声波异常相应位置出现了混凝土严重的离析现象，粗骨料与细集料分离或仅有少量砂浆粘结，但强度低，未形成坚硬的固结体。结合超声波法和钻芯法结果，判定该桩为类桩。 从施工资料上看，该桩为人工挖孔桩，桩端持力层为灰岩，岩溶发育，地下水丰富，分析认为由于采用普通灌注，在水未排干或混凝土浇灌时涌入大量地下水把胶凝物质 (水泥 )冲洗掉，因此失去了胶凝作用，从而形成离析。对于该类桩，当地下水涌水较大而不能及时排干且地下水位较高时，建议采用水下灌注办法。如果水位低或涌水量不大，可以尝试把
6、干 水泥与水掺和，使之形成水泥浆，避免涌水冲洗、稀释混凝土而引起离析现象。 2 3 桩混凝土空洞、蜂窝现象 以目前的基桩施工工艺水平，较少产生空洞、蜂窝的现象，即使出现这种情形也大多是轻微的，出现严重的缺陷现象极为少见。在某桥梁的基桩检测中，发现某一根基桩有明显的异常现象，其中之一剖面异常段高度约0.55m(见图 6)，其它剖面范围稍窄，个别剖面有连续测点的异常。从测试结果来看，异常曲线表现为波幅变弱，波速变低，但频率未见明显降低，而某些部位则无信号。为了排除仪器因素进行了反复观测，结果仍有异 常。 从桩孔施工资料上看，该桩为人工挖孔普通灌注，由于桩孔所处地势较高，施工中未见有地下水，仅发现该
7、部位有溶洞发育，据此初步判断在施工过程中可能出现了漏浆形成空洞、蜂窝，这些空洞、蜂窝对超声波形成阻隔、散射作用而出现异常现象。经取芯验证后（图 7）最后认定该桩在上述部位存在蜂窝、小空洞等缺陷，但缺陷程度轻微，该桩判为合格桩。 2 4 声测管问题 图 8为采用武汉岩海 RS-ST01C型仪器检测某桥梁基桩结果图。从图中看，在 3.35M3.65m段仅见微弱的超声波信号，其波幅极弱，没有 明显的首波起跳点，但波速并没有显著降低。由于该桥所有基桩在 9.5m 处均有相同的超声波异常特征。为慎重起见，抽取具有代表性的基桩进行钻芯检测，结果(见图 9)发现混凝土芯完整，混凝土骨料分布基本均匀，未见蜂窝
8、、麻面等现象。为了查清超声波异常产生的原因，选取一根基桩进行开挖验证，从开挖的结果看，该桩混凝土质量没有异常，但声测管已严重变形。 该桥基桩声测管均采用无缝钢管，使声测管为 6m一节，使用过程中使用塑料螺口套筒链接，在浇筑混凝土过程中造成塑料套筒变形或损坏；塑料套筒本身受材料限制对超声波检测影响较大 。结合超声波法和取芯检测结果最终判定该桥基桩质量合格。 为避免此类现象发生，在埋设声测管安装时均要求使用无缝钢管螺口对接或使用液压对接的方法。 3 结语 超声波透射法对桩身混凝土离析、夹泥及蜂窝等缺陷有明显的反映，并能准确判断缺陷的位置和范围，依据标准可对基桩进行桩身完整性评价。当超声波检测结果或当超声波检测过程中出现完整性类别 (如在 类之间 )难以判定时，可借助高应变动测法或钻芯法进行检测，或进行静荷载试验，对基桩进行综合评定。只有对基桩质量进行准确的评价，才能保证基础的稳固与 桥梁结构的安全。 参考文献 罗骐先 .桩基工程检测手册 M.北京 :人民交通出版社， 2003. JTG/TF81-01-2004，公路工程基桩动测技术规程注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
