管距对桥梁桩基超声波检测干扰影响分析

范　瑛， 郑　光， 贺映全， 张　雷

(湖北工业大学土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430068)



管距对桥梁桩基超声波检测干扰影响分析

范瑛， 郑光， 贺映全， 张雷

(湖北工业大学土木工程与建筑学院， 湖北 武汉 430068)

为了消除管斜对超声波检测的干扰影响，消除误判，需正确分析管距对桩基超声波检测干扰影响。通过实验和实际工程实例分析，提出管距是管斜时从分声测管沿着钢筋笼作圆弧滑动和从声测管沿着半径作径向移动靠近圆心两种情况下分析。当是前者时必然会使和它相关的两个管距一个增大另一个减小，从而会使这两个面的波速一个减小而另一个增大，第三个管距、波速和波幅都没有明显变化;而后者会使和它相关的两个管距都减小，从而会使这两个面的波速都增大，第三个面管距、波速和波幅都没有明显变化。

基桩完整性：管距：管斜：波速：波幅

目前，基桩完整性检测方法主要有超声波透射法、低应变反射波法、取芯法三种[1]。低应变反射波法会受基桩周围地质环境的影响很大，虽然应用很广泛,但是检测结果有时存在很大争议，而且长桩和直径大的基桩检测效果不理想；取芯法具有直接性、准确性等优势，检测中会经常应用，由于取芯难度高,价格贵，很难在检测中大面积应用；超声波透射法适应范围广、准确性高、无损，还能从侧面反映混凝土质量，所以是现在工程上主要的基桩完整性检测方法。超声波透射法四个判据是：声速、波幅、频率以及波形。声波透射法检测中，基桩是地下隐蔽性工程，无法测量出基桩每一深度对应的实际管距，只能统一使用管口测量值，这就要求每一根声测管都是垂直且彼此平行，但在实际工程上很难实现，有些工程出现两个声测管几乎靠在一起，造成测点波速偏大，超出混凝土的声速范围，使声速临界值明显提高，造成误判现象[2]。另一种情况是两声测管管间距变大，造成实测测点的波速偏低，不能真实反映实际波速，也会造成误判现象。不管哪种情况在检测中都会造成对桩基的误判，影响到检测的真实性和准确性。虽然规范中对基桩完整性的判据有明确的表述，但对声测管管间距的异常却无深入探讨，因此区分管斜影响对基桩本身完整性判断有重要意义[3]。

1　超声波法进行桩基试验检测的基本原理

事先在钢筋笼上检测的方法可以分为透射法和回波法两种。回波法现在主要用于金属这类均匀的介质，绑好声测管并和钢筋笼一起浇筑在桩基里，并在声测管内灌满清水作为试验检测的耦合剂，其中一个发射换能器重复发射超声脉冲波，经过需要检测的桩基后，由接受换能器接受并将超声波转化为电信号，在超声仪上显示出来，这样得到超声波经过桩基的时间、波幅、波速、主频率、超声波波形等一系列的参数。由于超声波在混凝土传播的过程中会发生散射、绕射，能量被吸收或者是扩散衰减，因而可以依据这些参数进行分析，对混凝土桩基的完整性作出评估, 并就存在缺陷的类型和位置进行分析说明，还可以对桩基混凝土的强度作出一定的判断[4]。

2　管距和波速、波幅的关系

由于影响波速和波幅的因素很多，混凝土和地域是主要影响因素。为了准确的反应管距和波速波幅的关系，本文从同一地域并且混凝土为同一搅拌站统一制作统一标号(C30)的一个标段上选取4批不同桩径(直径分别为1200 mm、1500 mm、1800 mm、2000 mm)的基桩数据分析。其中每1批选取10组质量完整性比较好的基桩，最后对数据进行分析求出平均值。表1是采集的6组管距和不同桩径的超声波数据。

表1　不同管距下声学参数

1)管距与声速关系

由图1得到相关系数R为0.9756，查表可知此系数为相关显著水平，由此可得出管距与声速变化关系明显。结论1:声速是随着管距的增加而减少的，并随管距减小而增大。

图 1　管距与声速相关性

2)管距与波幅关系

由图2可得出声幅与管距变化不明显。结论2：波幅随着管距的增加没有明显变化。

图 2　管距与波幅相关性

3　超声波透射法桩基检测的实例分析

3.1超声波透射法桩基检测的准备工作

预埋声测管：利用透射法检测桩基工程质量需要在桩基内事先预埋声测管，按规范，桩径不大于800 mm时，声测管不得少于2根；桩径大于800 mm且不小于1600 mm时，声测管不得少于3根；桩径大于1600 mm时，声测管不得少于4根[5]。声测管绑扎在钢筋笼上，并在声测管的地方进行封闭，管口比桩基顶面高出30 cm左右，还应该在管口加盖封闭以免杂物掉进去。声测管布置方式见图3。

图 3　声测管埋置图

3.2实际工程两类实例

笔者从实际工程中选取的两类比较典型的实例，分别说明：其一，沿着钢筋笼作圆弧滑动(图4)；其二，沿着半径作径向移动(图5)。

图 4　圆弧滑动图　　图 5　径向移动图

实例1，选取GA09-3桩，该桩直径1500 mm，三个管距都是1120 mm。

由于实际工程上GA09-3有52 m长，数据繁多复杂，笔者只是取有缺陷的0～6.3 m，并将数据制成折线图，这样更清楚明了。

为了让检测人员更直观感受波速波幅的变化，图6、图7是波速和波幅在深度上的变化的波形图。

图 6　例1波速-深度折

图 7　例1波幅-深度折

(a)剖面1-2

(b)剖面1-3

(c)剖面2-3图 8　例1波速波幅波

综合图6-8知，在0～6.3 m范围内:

1)剖面1-2深度加深波速在增加，剖面2-3深度加深波速在减小，剖面1-3波速随深度没有明显变化。

2)剖面1-2，剖面2-3，剖面1-3波幅没有明显变化。

假设该桩在0～6.3 m内是2号声测管沿着钢筋笼作圆弧向3号声测管滑动靠近，也就是在0～6.3 m内1-2管距增大，2-3管距减少，1-3管距基本不变。

由结论1)、2)知道：管距增大，波速减小：管距减小，波速增大；波幅没有明显变化。这样得出的结果和实测结果刚好吻合，说明假设是正确的。所以当一个声测管沿着钢筋笼作圆弧向另一个声测管滑动时，必然会使和它相关的两个管距一个增大另一个减小，从而会使这两个面波速一个减小而另一个增大，第三个管距、波速和波幅都没有明显变化。

实例2，GA05-1，该桩直径1500 mm，三个管距都是1120 mm。

同GA09-3，只是选取0～5.5 m数据，图9和图10分别是波速和波幅与深度的折线图，图11是波形图。

图 9　例2波速-深度折

图10　例2波幅-深度折

(a)剖面1-2

(b)剖面1-3

(c)剖面2-3图11　例2波速波幅波

综合图9-11知，在0～5.5 m范围内：

1)剖面1-3和剖面2-3随着深度加深波速在增加，剖面1-2波速没有明显变化。

2)剖面1-2，剖面2-3，剖面1-3波幅没有明显变化。

假设该桩在0～5.5 m内是3号声测管沿着半径作径向移动靠近圆心，也就是在0～5.5 m内1-3和2-3管距都减少，2-3管距基本不变。

然后由结论1)、2)知道：管距增大，波速减小；管距减小，波速增大。这样得出的结果和实测刚好吻合，说明假设正确。所以当一个声测管沿着半径作径向圆心移动时必然会使和它相关的两个管距都减小，从而会使波速都增大，第三个面管距和波速都没有明显变化，波幅都没有明显变化。

4　结论

1)按照管斜时分声测管沿着钢筋笼作圆弧滑动和声测管沿着半径作径向移动靠近圆心两种情况分析管距。

2)波速随着管距的增大而减小，以及波速随着管距的减小而增大的两种情况下，管距对波幅没有明显影响。

3)当一个声测管沿着钢筋笼作圆弧向另一个声测管滑动时，和它相关的两个管距必然一个增大另一个减小，从而会使这两个面的波速一个减小而另一个增大，第三个管距、波速和波幅都没有明显变化。

4)当一个声测管沿着半径向圆心移动时必然会使和它相关的两个管距都减小，从而会使这两个面波速都增大，第三个面管距、波速和波幅都没有明显变化。

[1]赵常要,杨东涛.基桩检测中声测管管间距修正方法的研究[J].铁道工程学报，2014(11)：25-27

[2]赵常要,杨东涛,员宝珊.对声波透射法检测中存在声测管倾斜问题的一种修正方法[J]．硅谷，2009(18)：38-126．

[3]宋广峰. 超声波技术在桩基完整性检测中的应用研究[D].武汉：湖北工业大学，2015.

[4]罗骐先.桩基工程检测手册[M]. 北京：人民交通出版社：2002(10): 189-201 .

[5]中华人民共和国住房和城市建设部. JGJ106-2014 建筑基桩检测技术规范[EB/OL]. [2014-10-01](2015-08-18) http://www.docin.com/p-1144618958.html.

[责任编校： 张岩芳]

An Analysis of the Interference Impact of Tube Spacing on the Ultrasonic Testing of the Bridge Pile Foundation

FAN Ying, ZHENG Guang, HE Yingquan, ZHANG Lei

(SchoolofCivilEngin.andArchitecture,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

In order to eliminate the interference of the tube inclination in ultrasonic testing and to avoid miscalculation, it is necessary to analyze the interference effects of tube on the ultrasonic testing of the bridge pile foundation. Through experiment and actual project case, this paper puts forward that tube spacing comes from the following two situations: inclined from acoustic detection tube points along the reinforcing cage for circular sliding and acoustic detection tube along the radius from the radial moving close to the center of the circle. When it is in the first situation, it will make one of the two tube spaces associated with it increase while the other decrease which can make the wave velocity of one these two surfaces decrease and the other increase, and the third tube space has no obvious change in wave velocity and amplitude; When it is in the second situation, the two tube spaces decrease, thus making both the wave velocity increase. Testing staff could reduce miscalculation and improve execution through understanding these features.

foundation pile integrity; tube spacing; tube oblique; wave velocity; amplitude

2015-08-18

范瑛(1969-)， 女，湖北武汉人， 工学博士，湖北工业大学教授，研究方向为路基路面理论、道路与桥梁监控

郑光( 1990-)，男，湖北黄冈人， 湖北工业大学硕士研究生，研究方向为桥梁与隧道工程

1003-4684(2016)04-0109-04

TU197

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