声波透射法在桩基检测中的原理及其应用

2015-03-11 03:49安徽省海通建设集团有限公司安徽合肥230088

安徽建筑 2015年4期

冷峰（安徽省海通建设集团有限公司，安徽合肥 230088）

0 引言

目前对混凝土灌注桩检测主要涉及两个方面：①桩基的承载力是否达到设计要求；②桩基的完整性和强度[1]。静载试验法作为桩基承载力检测中最直接和可靠的检测方法，由于其检测周期长、费用大，故不便大面积测试。因此，对混凝土灌注桩来说，完整性检测显得尤为重要。声波透射法作为钻孔灌注桩非破损检测方法的一种，因其机理明确、设备简单、使用方便、检测准确，故被广泛应用于桩基检测中。

1 声波透射法的基本原理

声波透射法的工作原理是在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为检测通道，将超声发射换能器与接收换能器置于声测管中，管中注满清水作为耦合剂。在测试时，两探头置于同一水平面或保持一定高差，沿声测管同时提升，仪器通过发射换能器发射超声脉冲，穿过被测桩体混凝土，并经接收换能器接收，声波信号按测点间距10cm或20cm自动记录，由仪器显示。由于超声脉冲信号穿过混凝土桩体存在缺陷部位时会发生绕射、折射、多次反射及不同的吸收衰减，使接收信号首波的声时、幅值等声学参数发生变化，通过判读以上参数，即可判断桩身混凝土是否存在缺陷。

声波是弹性波的一种，在混凝土介质中服从弹性波传播规律[2]。运用弹性波理论，可推导得到纵波(P)和横波(S)在介质中的传播速度分别为。

式中：E为杨氏模量；μ为泊松比；ρ为介质密度。

由波速的表达式可知：弹性介质的性质及种类不同，弹性常数及密度也就不同，因此弹性波在介质中传播的速度也不同。人工发出弹性波，并设法用仪器接收并分析测定其波速，可以用来判定岩体的特征和内部状态以及混凝土的完整性，这就是工程中经常使用的“弹性波探测法”的理论依据。在桩基的检测中，声波在混凝土传播的速度[3]一般为3200m／s～4000m／s，当遇到混凝土有裂隙、夹泥和密度差等原阂时，声波将发生衰减，部分声波绕过缺陷前进，传播时间延长，波速减小，产生漫射现象。而遇到空洞的空气界面要产生发射和散射，使声波的振幅减小。缺陷的存在使声波的路径复杂化，引起波形的畸变。所以声波在缺陷混凝土中传播时，振幅减小、波速降低、波形畸变。这就是超声波检测的基本原理。

2 桩身完整性的判定

目前对桩身完整性的判定一般根据声速判据、声幅判据以及PSD判据，分析各声学参数的临界值、综合各判据判得的结果以及实际的波形图，按照桩基检测技术规程对桩身的完整性进行评价，具体按照表1进行综合判定。声速反映了混凝土的弹性性能，波幅的衰减则反映混凝土界面情况，综合各参数及各深度的波形特征对桩的完整性和质量进行判定见表2。完好的桩，声速曲线基本是一条直线，无明显折点，波幅也无明显衰减，波形为正常波形。蜂窝、局部的夹泥沙团，声速基本有一定的减小，相对差一般为10%～20%，波幅有一定的衰减，PSD值出现尖角，波形出现畸变。局部的夹层和断桩声时，声速曲线呈现出明显的波峰，最大误差可达30%以上，而且波幅衰减强烈，PSD值出现明显尖角[5]。

桩身完整性判定表表1

3 工程实例分析

某高速公路是国家公路网的重要组成部分，该公路某标段桩基10#-1桩，桩径1.5m，桩长35m,使用半自动测桩声波仪，采用一发双收平测，测点间距0.2m。声测管布置如图1所示，Ⅰ剖面为1-2测面，Ⅱ剖面为2-3测面，Ⅲ剖面为1-3测面。经检测，绘制的声速、声幅、PSD-深度曲线如图2所示，Ⅰ剖面在28m～30m处声速、声幅、PSD值都发生明显突变，性状异常；Ⅱ剖面则表现完好；Ⅲ剖面在28m～30m由于测不到信号，声速、声幅、PSD值为0。进行复测后，情况没有发生变化。怀疑1-2测面和1-3测面在28m～30m处混凝土严重离析。经在“A”处钻孔抽芯（如图2）取证，其结果与声波透射法测得结果一致，如图3所示。