超声波在桩基检测中的异常数据分析及注意事项

1、超声波在桩基检测中的异常数据分析及注意事项王建文（甘肃省交通科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730050）【摘要】 从工作实践的角度，对声测法检测混凝土灌注桩基本原理进行了介绍，并结合工程检测数据实例的分析，对声测法检测桩基中声学参数的分析方法及注意事项进行了讨论。【关键词】 桩基检测；超声波；数据分析；实例【中图分类号】TU375【文献标志码】 A【文章编号】 16713702（2015）02005204Abnormal Data Analysis and Announcements about UltrasonicWave in the Pile Foundation DetectionW

2、ANG Jianwen（Gansu Traffic Science Research Institute Co.，Ltd.，Lanzhou Gansu 730050，China）Abstract：From the perspective of practice，introduced the basic principle of concrete filling pile with acoustic measuring method，discussed acoustic detection method to detect the acoustic parameters in the pile

3、foundation of the analysis of the method and the matters needing attention combined with engineering analysis of testing data.Keywords：basic pile test；ultrasonic；data analysis；example0 引言应变反射波法检测结果直观、可靠性高，较钻芯法简便、经济，在桩基检测领域应用广泛。在工程建设领域，部分 从事桩基质量检测工作的技术人员，由于专业知识、实 践经验的不全面，当遇到异常检测数据，对某些质量缺 陷的判定模棱两可，以至于

4、不敢下定论，本文从桩基检测 技术人员的角度，通过检测实例分析，结合实际调查，并 提出一些检测数据分析判定应该注意的问题，希望能对 读者有一定的帮助。近年来，桩基础在施工中得到日益广泛的应用，桩基的成桩质量受地质条件、施工工艺、机械设备、现场施 工管理人员管理水平等因素的影响，容易产生如：夹泥、 断桩、缩颈、扩颈、混凝土离析、桩顶浮浆、桩底沉淀等 病害。作为结构物的重要持力构件，桩基础对结构物安 全和正常使用极为关键，但桩基础成型后隐蔽于地下，无 法从外观或采取简单手段对其质量进行检查，因此桩基 检测工作是整个桩基工程中不可缺少的环节。目前，在桩基检测领域中，主要有低应变反射波法、 高应变反射波

5、法、超声波透射测法和钻芯法，超声波透 射法作为一种非破损检测方法，较低应变反射波法和高1 检测方法及原理1.1 测试方法采用声波透射法检测桩基，是将超声脉冲发射换能 器、接收换能器放置于预先埋置在桩基内部的声测管中， 通过在声测管中注入清水实现换能器与声测管的耦合，作者简介：王建文，男，工程师，研究方向为公路工程试验检测。- 52 -图1 A桩基孔底沉淀波列图第 2 期王建文：超声波在桩基检测中的异常数据分析及注意事项达到检测桩基的目的。采取发射换能器与接收换能器水平同步测量，分别采集各测点声时、波幅等物理量。在波 幅、声速出现异常（可能存在缺陷）时，要初步判断缺陷 类型和位置，在疑似缺陷处附

6、近加密测点，采用多点发 射、不同深度接收的扇形测量法或采用高差同步平测、斜 测以提高检测效果。1.2 检测原理超声波在连续性较好的无缺陷混凝土中以直线进 行传播，但由于混凝土中缺陷的存在，超声波在缺陷与正 常混凝土的接触面上，产生反射、折射、绕射现象，超声 波的能量显著衰减、频率明显降低、波频谱产生差异、波 形畸变，接收到的声波参数如声时、振幅、主频率和波形 会发生显著变化。通过分析波速、波幅、波形、主频率的 变化，即可推定混凝土内部缺陷的性质、缺陷的位置及 大小，进而达到对桩身混凝土总体均匀性的判断。级C25。在14.018.0 m范围内，波速、波幅在部分检测剖面段落内降低，部分检测剖面段落

7、内升高，大部分波形畸 变，且参数变化无规律性，频率降低，波列图形如图2所 示，异常数据初步分析为混凝土离析。缺陷原因调查：该 桩基在挖孔过程中有少量裂隙水流入，灌注时采取干灌 方式，灌注前采用水泵抽水，并未采取吸附物吸干桩底积 水，且在灌注时，导管长度不够，根据现场技术员回忆，导 管最下缘距离桩底约3 m，综上原因，导致混凝土离析。2 工程实例1）桩A为摩擦桩，成孔方式为冲击成孔，灌注方式为水下灌注，设计桩长19.0 m，桩径 1 200 m m，混凝土 强度等级C25。在18.019.0 m范围内，波速、波幅剧烈下 降，声波衰减剧烈，频率降低，波列图形如图1所示，异 常数据初步分析为孔底沉淀

8、。缺陷原因调查：该桩基在 清孔完成后，由于道路堵塞，放置2 d后进行的混凝土浇 筑，且在浇筑前技术人员未进行再次清孔，导致泥浆沉 积在孔底1 m，由于沉淀泥浆缓慢沉淀，在上部压力下，泥 浆致密，内部无气泡存在，因此，超声波波速、波幅表现 为衰减，且波形正常。2）桩B为端承桩，成孔方式为人工挖孔，灌注方式 为干灌，设计桩长18.0 m，桩径 1 400 mm，混凝土强度等图2 B桩基桩身底部混凝土离析波列图3）桩C为端承桩，成孔方式为冲击成孔，灌注方式为水下灌注，上部1.6 m为接桩，设计桩长18.0 m，桩径1 400 mm，混凝土强度等级C25。在1.41.6 m范围内，波 速、波幅均降低，

9、波形畸变，波列图形如图3所示，由于是6根桩基均存在该类现象，异常数据初步分析为接桩处 混凝土接触面连续性较差。缺陷原因调查：由于施工地 形变化，导致最上面1.6 m未和下部一次浇筑完成，施工 单位采取接桩处理，即桩身浇筑完成3 d后立模板，清洗 桩顶表面，由于工序紧张未立即进行浇筑混凝土，5 d后 浇筑混凝土，现场扬土扬尘较大，浇筑混凝土时未再次 清洗，导致在接桩面有约12 cm的夹土层，夹土层如图4图3 C桩基桩身夹层波列图- 53 -上浮，导致泥浆、混凝土混合，在该部位形成夹层。5）桩E为端承桩，成孔方式为冲击成孔，灌注方式 为水下灌注，设计桩长21.0 m，桩径1 600 mm，混凝土强

10、 度等级C25。在02.2 m范围内，波速、波幅均降低，波形 正常，波列图形如图6所示，异常数据初步分析为桩顶浮 浆。缺陷原因调查：经现场开挖并对桩顶的混凝土进行 凿除，确定桩顶部分混凝土内粗骨料较少，水泥浆所占比 例较大。6）桩F为摩擦桩，成孔方式为人工挖孔，灌注方式为 干灌，设计桩长16.0 m，桩径1 600 mm，混凝土强度等级 C25。在4.05.2m范围内，波速略有降低、波幅明显降低， 波形畸变，波列图形如图7所示，异常数据初步分析为混 凝土气泡密集。缺陷原因调查：经对缺陷位置钻芯取样， 在4.05.0 m范围内，桩身中心处混凝土气泡密集，且在 中间发现有约直径0.4 m的水团，芯

11、样照片如图8所示。图4 C桩基桩身夹层所示，由于土层的存在导致接触面凿毛的混凝土与上部混凝土未接触凝结。4）桩D为端承桩，成孔方式为冲击成孔，灌注方式为 水下灌注，设计桩长18.0 m，桩径1 500 mm，混凝土强度 等级C25。在10.111.9 m范围内，波速、波幅均降低，波 形畸变，基本无波形显示，波列图形如图5所示，异常数 据初步分析为夹层断桩。缺陷原因调查：该桩基在浇筑 过程中，混凝土拌合站突然停电，导致混凝土浇筑中断 约3 h，现场未采取补救措施，再次浇筑时，下部混凝土已 经凝结，现场工人只能向上拔导管，导管上拔、泥浆的下 沉、下部混凝土的凝结导至原浇筑面上的泥浆不能正常图7 G

12、桩基桩身混凝土离析波列图图5 D桩基桩身夹层波列图图8 G桩基混凝土芯样3 检测数据的分析判定3.1 几种声学参数的比较通过上述实例，在对桩基超声波检测数据分析中，图6 E桩基桩顶浮浆波列图- 54 -Q质量检测工程质量第33 卷uality Test第 2 期王建文：超声波在桩基检测中的异常数据分析及注意事项主要用到波速、波幅、波形、主频等4个主要参数。1）波速：波速是通过仪器接收到的声时来反映的， 在正常混凝土中传播时波速比较稳定，当波速有突变时， 极有可能存在缺陷，因此波速是判定混凝土质量的主要 参数。2）波幅：波幅主要反映的是超声波在传播过程中的 衰减情况，仪器设备本身、换能器与声测管

13、的耦合、声测 管与混凝土的接触、声测管之间的距离等对其均有较大 影响，即使是同条件下在同一根桩基的不同检测剖面之 间也不具备可比性，因此波幅是判断混凝土质量的一个 重要参考参数。3）波形：波形即波的图像，波形对混凝土内的缺陷 很敏感，在混凝土中正常传播的波形轮廓大致呈鱼形，缺 陷波形无固定形状，波形有畸变，缺陷严重时，波形为直 线，即无波形显示，因此波形是判断混凝土质量的另一个 重要参考参数。4）主频：主频的变化主要反应超声波在混凝土中遇 到缺陷时衰减的情况，只能间接地反应混凝土的质量， 因此主频也是判断混凝土质量的另一个重要参考参数。3.2 声学参数对缺陷反应特点1）浮浆：该类缺陷主要出现在

14、桩头部位，主要是由 于施工工艺，灌注桩在浇筑过程中骨料会下沉、浆体上 浮，导致上部骨料相对较少、浆体及气泡较多，若在桩头 部位的浮浆未排除，会造成桩顶浮浆，其声学特征主要 是波速和波幅在接近桩顶部分时明显降低，且波幅值降 低明显，和浮浆以下的正常桩身混凝土反映的数据对比 明显，该类数据较容易判断。2）混凝土离析：混凝土离析可能发生在桩身的任何 部位，主要是指桩身某处粗骨料与浆体分离，造成混凝土 内部组成和结构不均匀，粗骨料相对集中的部位，波速 较高，浆体相对集中的部位，波速较低，波速值、波幅值 随桩身位置呈无规律变化，对于该类缺陷应采用波速和 波幅两个参数进行综合分析判断。3）桩身混凝土夹层或

15、夹泥：这类缺陷多由浇注导管 提升不当或突然塌孔，造成水泥浆或土体夹在混凝土中 间，其特点是波速和波幅均明显下降，波形畸变，仪器甚 至无法接受到波形。4）气泡或水密集的混凝土：由于浇筑导管的提升过快 或不规范，造成空气进入混凝土中，当混凝土中空气量较大时，会造成混凝土质量降低，该类缺陷不会造成超声波波速显著下降，但会造成超声波能量明显衰减，主频、波幅、 波形会发生变化，该类缺陷主要出现在桩基的上部。5）沉渣：沉渣主要是泥浆的沉淀或者塌孔导致的，沉 渣层本身波速很低，超声波的衰减也相当剧烈，波幅下降、 波形畸变、主频变小，接收换能器甚至接收不到超声波。3.3 注意事项声波透射法测试桩基主要是通过声

16、测管内放置探 测探头方式实现桩基完整性检测，声测管一般在钢筋笼 的内侧，实际检测的范围是每2根声测管之间的混凝土质 量，而声测管外侧就成为检测的盲区，在实际工程上，当 桩基钢筋保护层厚度不足时，虽然对声学参数会有一定 的影响，但这种缺陷往往测试不出来。同时也应该注意 声测管本身存在的缺陷和声测管局部包泥或者异物包裹 声测管使声测管与桩身混凝土不能直接接触耦合，造成 声学参数异常，该种现象可以通过斜测和扇形扫测的方 法予以解决。另外，在桩基检测前需要确定声测管内灌 注的水为清水，因为如果水质浑浊，会导致混浊物下沉至 管底，仪器探头处于泥质中，这样会造成接受声波的衰 减，会对结果的评判产生一定的影响。另外，需要注意的 是，声波透射法是一种无损检测方法，是通过间接的参 数来推断实体质量，实际工作中难免会出现分析判断的 不够全面、准确，所以对桩基结果的评判要结合工地现 场的实际情况综合分析，出现疑似缺陷时要结合其他方 法和技术手段进行验证。4 结语随着交通建设的飞速发展，需要越来越