灌注桩超声波检测检测方法分析

灌注桩超声波检测检测方法分析灌注桩超声波检测检测方法分析【摘要】桩基础检测成为土木工程中主要的基础形式之一，其理论成果也不断出现。混凝土灌注桩,由于水下浇筑,工艺复杂,隐蔽性强，其检测技术要求也相当高。本文主要阐述超声波检测混凝土缺陷的原理，结合工程实例介绍超声波检测混凝土灌注桩质量的具体方法和技术，超声波检测结果说明，这是一种精确检测桩身混凝土质量缺陷的有效方法。【关键词】超声波检测；灌注桩；无损检测一、前言结构混凝土在施工过程中常因各种原因产生缺陷,尤其是混凝土灌注桩,由于水下浇筑,工艺复杂,隐蔽性强,混凝土硬化环境及成型条件复杂,且混凝...

灌注桩超声波检测检测方法分析【摘要】桩基础检测成为土木工程中主要的基础形式之一，其理论成果也不断出现。混凝土灌注桩,由于水下浇筑, 工艺复杂,隐蔽性强，其检测技术要求也相当高。本文主要阐述超声波检测混凝土缺陷的原理，结合工程实例介绍超声波检测混凝土灌注桩质量的具体方法和技术，超声波检测结果说明，这是一种精确检测桩身混凝土质量缺陷的有效方法。【关键词】超声波检测；灌注桩；无损检测一、前言结构混凝土在施工过程中常因各种原因产生缺陷,尤其是混凝土灌注桩,由于水下浇筑,工艺复杂,隐蔽性强,混凝土硬化环境及成型条件复杂,且混凝土由自重、自流密实更易产生空洞、夹杂物、局部疏松、缩径等各种桩身缺陷，对建筑的安全和耐久性构成严重的威胁。超声波检测是检测混凝土灌注桩桩身缺陷、评价其完整性的一种有效方法，当声波经混凝土传播后，它将携带有关混凝土材料性质、内部结构与组成的信息，准确测定声波经混凝土传播后各种声学参数的量值及变化，就可以推断混凝土的质量。二、基本原理超声波检测混凝土桩的基本原理与通常的混凝土超声波探伤的原理是一样的，即在桩的一侧通过发射探头将电能转换为机械能，发出超声波(频率在20kHz以上)穿透混凝土桩，然后在桩的另一侧，通过接收探头将此超声波接收后又还原为电信号，将此信号放大，即可在示波器上显示，声波的历时则由数码显示器给出，并可打印出数值。由于超声波所穿透的混凝土厚度(或距离)为已知，根据超声波脉冲发出和到达的时间，即可算出在混凝土中传播的声速(或纵波速度)。由声速可直接判断桩身混凝土的质量，混凝土愈密实，声速值愈大；相反，混凝土愈松散，或声波脉冲路径中有孔洞、裂缝或离析等，则声速就会减小，由此可以检验桩身混凝土的质量和完整性,检测方法如图1所示。由此可见，超声波检测混凝土桩桩身质量和完整性的理论基础是根据弹性波波速与介质特性之间的关系，对于理想介质中的纵波的传播速度，则有：式中E——介质的弹性模量；——介质的密度；——介质的泊松比。从实测的桩身材料的波速(或声时，即声波穿透的历时)，就可以推断所穿透介质特性的变化。所以，测定桩身材料的波速(或声时)，是超声波检测桩完整性和质量的主要依据。此外，除了实测的波速(或声时)外，接收波的振幅和波形也很重要。大量试验结果表明，由于缺陷(孔洞，夹泥，离析等)的存在，界面增多，使声波产生诸多的反射、折射和散射，导致振幅的明显衰减。因此有时虽然实测的声速较高(或声时较短)，但如声波的振幅衰减很大，也不能判断为混凝土的强度(或弹性模量)很高，因为，这很可能是由于混凝土中粗骨料比例大(粗骨料的声速比砂浆的声速或混凝土的平均声速要大)；同样，有时在测试中，虽然声速(或声时)变化不大，但如果该处振幅衰减较大，也表明这里的混凝土质量较差。接收波的波形也是判断桩身质量的依据，如果接收的波形与发射波形完全不同，产生很大的畸变，或者接收不到波形，无法判读声时，都说明混凝土有缺陷目前，在桩身质量检测中常用的声学参数为声速、波幅、频率以及波形。声速：超声波在传播路径上遇到缺陷时，由于绕射，声时变长，从而声速降低。（2）振幅(前波振幅)：超声波在缺陷界面上声阻抗差异显著，产生反射、散射和吸收，使接收波振幅显著降低。（3）频率变化；一般情况下，混凝土强度越高接收频率也越高，反之，强度低，频率也随之下降。（4）波形变化：有缺陷的混凝土其结构的连续性被破坏，使超声波在内部传播发生变化。直达波、绕射波．反射波等各类波相继被接收，由于这些波的频率、相位不同．在彼此叠加时，会使正常的波形发生变化甚至出现畸变（图2、3）。超声波检测桩身质量和完整性的方法，是以实测声时随深度变化曲线为主并辅以振幅和波形的变化，综合判断而得出结论。三、工程实例3.1实例一某建筑工程一，在工程桩开始施工前，先做两组φ800mm（桩长47m）钻孔灌注桩作为静载荷试桩，编号分别为S1和S2。在对试桩进行静载荷试验前，先对其分别进图2正常混凝土的接收波形图3缺陷混凝土的接收波形行超声波检测和低应变检测。超声波检测的声速-深度、幅值-深度曲线见图4。由图4中可以看出试桩S1在桩底部46.0~47.0m存在明显缺陷，声速仅为2500m/s（正常波速为4000m/s左右），幅值明显降低；试桩S2桩身质量完好。而从图5中来判断，这两根桩均无明显缺陷。其后对两组试桩进行了静载荷试验，其中由于S1第一次试验未达到设计要求，第一次试验后32d对其进行了第二次静载荷试验。两组静载荷试验的结果如表1，静载荷试验Q-s曲线见图6。表1试桩静载荷试验结果表图6试桩静载荷试验Q~S曲线图S1在近桩端1m内混凝土存在比较严重的缺陷，结合超声波检测和静载荷试验曲线图6(a)的形态，很明显试桩S1桩端存在较厚沉渣。试桩S1在经过第一次试验后桩底沉渣已被压实，故在第二次试验时桩端承载力发挥作用，曲线形态与试桩S2桩身质量完好的试桩非常的相似，试桩S1承载力明显提高，而仅从低应变曲线中却无法判断出S1桩底部的缺陷。3.2实例二某建筑工程二，基础采用人工挖孔灌注桩，孔中干灌混凝土。桩径为1200mm，桩长6m。成桩15d后对其进行了超声波检测，1-1号桩AB剖面检测结果波列影像如图7，其余两个检测剖面形态基本相同。从图7中可以看出，该基桩在距桩顶2.3m以上波列出现明显异常，0m～0.5m处波速明显偏低（仅为3600m/s左右，而该桩下部正常混凝土的波速均在4000m/s以上），而幅值则基本正常；0.5m～0.8m处波速基本正常，但幅值明显降低；0.8m～2.3m处波列发生严重畸变，无法接受到完整的声波信号。查看施工日志发现，该桩在灌注到上部快要结束的时候，突然下暴雨，而施工方未能采取合理的措施。对该桩上部进行凿除处理，发现上部0m～0.5m砂浆多，粗骨料少；0.5m～0.8m处则正好相反，该处砂浆少，而大部分为粗骨料；0.8m～2.3m处则主要为粗骨料和砂子松散的堆积，少见水泥胶结。四、结束语（1）超声波检测法是检测混凝土内部质量的一种有效方法，它可以详细查明桩身内部混凝土质量的变化情况，具有较高的准确度和分辩率。（2）超声波透视法能检测沿桩身长度的任意一个截面的质量，尤其对大桩径和超长桩，比低应变检测法反映桩基质量更细致、更精确。（3）混凝土质量超声波检测的应用，为混凝土的质量处理提供了可靠的依据。（4）对于桩身完整性的判断应结合工程地质情况、施工情况来综合判断，这样才能得出更接近实际情况的结论。注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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