聲波透射法在灌注樁樁身缺陷檢測中的應用

王建軍

聲波透射法在灌注樁樁身缺陷檢測中的應用

王建軍

一、工程概況

安徽省六安市某公路橋橋跨組成為25m+30m+25m，橋梁全長80m，橋面寬度9.5m。兩岸橋臺順水流方向長8.4m，垂直水流向長2.1m，底高程61.20m。采用肋板式臺身，基礎為承臺加鉆孔灌注樁，每個承臺下四根樁，樁徑1.4m，樁底深入弱風化基巖內1.0m。樁墩采用樁柱式橋墩，其下直接與鉆孔灌注樁連接，樁徑1.6m，柱底深入弱風化基巖內1.0m。

二、工程地質條件

橋址上游約70m處河底基巖出露，出露巖性為侏羅系中統朱集組微風化淺紫色細砂巖，而建橋址處未見基巖出露。根據鉆孔資料，將橋址處揭露的地層按由新至老的順序敘述如下：

①層（Qs）：人工填土，分布于左岸導流堤及右岸分流堤處，除右岸分流堤上部2.5m為灰黃色中～輕壤土外，其余填土成分為含礫中粗砂，灰黃色，松散狀為主，標貫擊數一般為7～12擊，平均9.4擊。該層層厚5.40～7.10m，層底高程為61.75～62.06m。

②層（Qa4l）：中粗砂，局部夾小礫石，礫石含量小于10%，灰黃色稍密～中密狀，稍濕～飽和，標貫擊數11～16擊，平均13.0擊。該層層厚1.00～4.40m，層底高程為57.35～61.06m，左岸較厚而右岸較薄。

③層（Qa4l）：淤泥質中～重粉質壤土，青灰色，軟塑，濕，含少量腐殖質。標貫擊數2～3擊，平均2.5擊。該層僅于右岸鉆孔ZK301中揭露，層厚5.20m，層底高程56.86m。該層于孔深7.90～9.00m夾小礫石，粒徑2～3cm，磨圓度好。

④層（Qa4l）：砂卵石層，雜色，上部2～3m一般為稍密狀，下部一般為中密狀。砂主要為中粗砂，灰黃色，卵礫石含量一般在30%～40%，粒徑一般為 0.5～10cm，局部大于 10cm，次棱角狀～次圓狀，巖性以變質巖及花崗巖等堅硬巖石為主。重型動探擊數6～18擊，平均12.1擊。該層層厚11.00～14.20m，層底高程為45.60～48.97m。

⑤層（J2Z）：侏羅系中統朱集組細砂巖，局部含小礫石，淺紫色，局部石英含量較高者為灰白色，中厚層狀，交錯層理發育，巖質較堅硬，鉆孔揭露為微風化～新鮮?；鶐r面頂高程為46.45～48.36m，巖面起伏不大，揭露基巖最大厚度為5.80m。根據除險加固期間所取巖樣的室內試驗成果，新鮮細砂巖飽和抗壓強度為42.7～74.2MPa，平均值為 56.8MPa，屬中硬巖石。

三、鉆孔灌注樁基本情況

本次檢測右側橋臺4根鋼筋混凝土灌注樁的完整性，4根樁樁長均為18.6m，樁徑1.2m，樁身混凝土強度C25，齡期均大于28d。

該工程基樁施工時，在自然地面機械鉆孔泥漿護壁、清孔、下籠、澆筑。成樁之后，開挖至標高，然后將樁頂浮漿鑿出，并清理干凈，再進行測樁。

四、檢測方法

聲波透射法是在樁體混凝土中預先埋設檢測管，每兩根檢測管為一組測孔，在任一檢測管內放置聲波發射換能器，另一根檢測管內放置聲波接收換能器。開啟儀器后，聲波發射換能器將儀器發射的脈沖級轉換為機械振動波，并通過檢測管內的水耦合傳入樁體混凝土而向四周傳播，聲波接收換能器將傳至的振動波轉換成電信號送入儀器，儀器便自動接收到經過兩換能器之間樁體的聲波傳播時間（t）和波的幅度（A）,由兩換能器之間的距離計算聲波波速（Vp）。如果兩換能器之間的混凝土存在缺陷，將使傳播的聲波產生反射、繞射和折射，從而改變了聲波的傳播時間和幅度。可依據這些聲波參數的變化來分析樁體混凝土的完整性。

本次聲波透射法檢測工作使用的儀器為RS-ST01C型智能數字超聲儀，頻帶寬度10Hz～500kHz，總增益0.01～8000倍可調，液晶顯示屏。該儀器可以一次性完成采集、顯示、儲存、分析、打印等工作。發射、接收換能器為TYF-2型柱狀徑向振動換能器，其共振頻率為39kHz。換能器應能在全程范圍內升降順暢。

檢測前準備工作有：①采用標定法確定儀器系統延遲時間。②計算聲測管及耦合水層聲時修正值。③在樁頂測量相應聲測管外壁間凈距離。④將各聲測管內注滿清水，檢查聲測管暢通情況。

缺陷示意圖

聲波透射測試裝置有平測法、斜測法和扇面測法三種，本次檢測采用平測法和斜測法兩種方法。平測法是將發射和接收換能器始終保持在同一標高上進行測試，通過平測可得知缺陷在垂直方向上的區域大小和嚴重程度，但不能確定缺陷在水平方向上的大概部位。在平測法檢測出缺陷垂直方向的區域后，再用斜測法測試水平方向的范圍。斜測法是發射和接收兩個換能器不在同一標高上進行測試，在測試過程中采用固定的相差高程（即高差同步），同一剖面進行兩次單獨的測試，一般來說高程差越大，越能縮小缺陷在水平方面的范圍，斜測法可作為平測法的補充測試方法。

五、檢測數據的分析

通過對右側橋臺4根灌注樁各曲線的分析，只有4號樁身存在缺陷。樁身缺陷位置的檢測，第一次采用平測法，測試方法見圖1。

4#樁A-B測孔SPD曲線在1.5m、4.5m及9.2m至10.5m處值較大，聲幅曲線在1.6m、9.2m至10.0m處局部超出聲幅臨界值；聲時及聲速曲線在4.0m、9.4m、11.6m稍微超出其對應臨界值；4#樁A-C測孔SPD曲線在0.4m處值較大，聲時及聲速曲線在0.4m處超出其對應臨界值；聲幅曲線未超出其對應臨界值；4#樁 B-C測孔 SPD曲線在 9.4m、12.3m處值較大，聲幅曲線在3.0m、3.6m處局部超出聲幅臨界值；聲時及聲速曲線在9.4m稍微超出其對應臨界值。

圖2 樁身缺陷位置檢測示意圖

綜合上述3組測孔分析，4#樁在0.4m、4.0m、9.4m、11.6m 處存在缺陷。第二次測試針對缺陷處采用局部加密對測（對測間距50mm），A高B低斜測（間距同加密對測），A低B高斜測（間距同加密對測），通過以上3種方法確定缺陷范圍、大小及缺陷的嚴重程度。樁身缺陷位置具體檢測方法示意圖見圖2。

通過常規對測發現樁身缺陷大致位置，然后采用局部加密對測、局部加密斜測來確定樁身缺陷范圍及缺陷嚴重程度。綜合上述方法判定4#樁在0.4m處存在微裂縫，可能由于破樁頭引起，在4.0m、9.4m、11.6m處存在局部范圍離析。

六、結語

通過以上檢測實例，可知聲波透射法檢測樁身缺陷步驟為：異常測點判斷概率統計法→缺陷范圍判斷陰影重疊法→缺陷程度判斷層析成像法。

聲波透射法在橋梁、水閘等基樁完整性評價中是比較準確可靠的，其檢測結果可對有缺陷的部位實施處理措施時進行指導。它已廣泛運用于水利、公路基樁檢測中，在提高工程質量、消除隱患、保證安全方面發揮了巨大作用

安徽省水利水電勘測設計院 233000）