第５卷第５期 ２００８年１０月 现代交通技木 Ｍｏｄｅｍ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶＯＩ。５ ＮＯ．５ Ｏｃｔ．２００８ 声波透射法检测基桩完整性的影响因素 王昌达 ，季鹏 ，张仕洲 ，曹雄。 （１．东南大学交通学院，江苏南京２１００９６；２胰西省榆林市交通局，陕西榆林７１９０００） 摘要：在介绍声波透射法测试的基本原理基础之上，对声波透射法检测中扶正器和声测管管径导致的声时波 动进行了分析，并提出可以将声测管作为钢筋笼的一部分在桩基的整体结构中发挥作用。 关键词：桩基检测；声波透射法；声时波动；声测管；变形 中图分类号：Ｕ４４３．１５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２～９８８９（２００８）０５—００４７－０３ Ｅ ｃｔ Ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ Ｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｐｉｌｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｗａｎｇ Ｃｈａｎｇｄａ１，Ｊｉ Ｐｅｎｇ ，Ｚｈａｎｇ Ｓｈｉｚｈｏｕ ，Ｃａｏ Ｘｉｏｎｇ２ （１．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｙｕｌｉｎ Ｔｒａｆｉｆｃ Ｂｕｒｅａｕ，Ｙｕｌｉｎ ７１９０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｓｏｎｉｃ ｔｉｍｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｂｙ Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｒ ａｎｄ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｉｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｗｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｎｄ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｉｐｅ ｍａｙ ｂｅ ｔａｋｅｎ ａｓ ａ ｐａｒｔ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｃａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｉｐｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｂｅａｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｉｌｅ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｓｏｎｉｃ ｔｉｍｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ；ａｃｏｕｓｔｉｃ ｐｉｐｅ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ 超声波透射法［卜。］由于其仪器轻便、操作简单、 检测结果直观可靠、观测精度高等优点在基桩桩身 结构完整性检测中广为应用。其基本原理是由超声 脉冲发射源在混凝土内激发高频弹性脉冲波，并用 围的测试盲区，即只能测试出声测管之间一定范围 内混凝土是否有缺陷，不能准确测出桩身整个断面 是否有缺陷。本文对解决这些不足之处的方法进行 相关的探讨。 高精度接受系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程 中表现的波动特征。当混凝土内部存在不连续或者 破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波达到该界面 １ 扶正器和声测管管径对声时的影响 ］ 在声波透射法测试中，声测管对零声时是有影 时，产生波的透射和反射，使接受到的透射能量明显 降低；当混凝土内部存在松散、蜂窝、孔洞等缺陷时， 将产生波的散射和绕射，根据波的初至到达时间和 响的．声波透射法检测中零声时由３部分组成：系 统延时ｔ。 、声测管管壁延时 和藕合水层延时 。 ｔ。 与系统有关，可直接测出；ｔ位一般约为１ ｓ，对测 波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特 征，可以获取测得范围内混凝土的声学参数。测试记 录不同测试剖面、不同高度上的超声波动特征．经过 试结果影响不大；ｔ∞（声测管和换能器直径的影响） 对测试结果有较大影响，不能忽略。为避免换能器 在下放或拉升的过程中和管壁发生碰撞造成内部 处理分析就能判别测试区内混凝土的参考强度和内 部存在缺陷的性质、大小及空间位置。 但声波透射法测试也有许多不足之处。如：预 构件的损害，并减小换能器摆动对声时的影响，现 在常用的下部都设有扶正器。一般的扶正器的厚度 为１～２ ｍｍ，现在有的扶正器却达到了０．８～１，０ ｃｍ， 留超声检测管道给施工带来不便，并且声测管的施 工质量对检测结果有比较大的影响：对竖向缺陷范 下面研究扶正器和管径对声时波动的影响。假设在 比较理想的检测条件下对桩径为１．５ ｉｎ的桩进行检 测，采用３根声测管，声测管管距１．２ ｉｎ，｝昆凝土声 围比水平方向缺陷范围容易准确地确定；采用平测 法时容易将水平方向（如桩横截面方向）较大而竖 向（如沿桩身方向）很小的缺陷给漏掉：存在一定范 速为４ ２００ ｍ／ｓ。声波传播时问为２９０ Ｉｘｓ，水中声速 １．５ ｋｍ／ｓ。钢材中声速５．８ ｋｍ／ｓ，换能器直径ｄ＝２６ ｔｉｎ。 作者简介：王昌达（１９８３一），男，湖南邵东人，硕士研究生，研究方向为桩基础。 ・４８・ 现代交通技币 ２００８焦 扶正器厚度为Ｏ．８ ａｍ。 根据图１进行了相关的计算和分析，得出扶正 器和管径对声时波动的影响见表１。 从表１可以看出随着管径的增大， 的变化区 间也变大，即误差也相应变大，但当采用厚度较大 的扶正器以后 的变化区间明显减小。当扶正器 外径和声测管内径相差越小 的变化区间也越 ⑧ ③Ｏ （ａ］无扶正器 小．即误差也越小。建议如果换能器没有扶正器则 在满足检测需要的情况下尽量减小管径；条件许 可的情况下可采用与管径相差不大的扶正器，这 样可以减小由于耦合水层的声时误差对检测结果 ④⑩③⑧⑩ 的影响，同时在数据采集时尽量保证换能器较稳 （ｂ１有扶正器 图１ 有无扶正器的换能器在理想和极限位置状态的对比 定的拉升 表１扶正器和管径对声时波动影响 注：声时波动引起的误差百分比 ＝２×—ｍ—ｍ了ｔｏ３～－ｔｏ３～２×—ｍａｘｔｏ３－ｔ０３一了；相邻测点声时最大波动率 ＝２×ｍ—ａ—ｘｔ—ｏ３－ ｍ—ｉｎ—ｔｏ３。 ２斜测和平测的组合使用［ 桩基施工中往往存在许多小的水平向缺陷，在 在桩基声波透射法测试中，具体的测试方法有 用超声波常规对测法对桩基进行检测后，未见测点 平测、斜测、扇面测法３种。平测时将发射和接受换 测值和波形异常，但可能该桩缺陷部位刚好和对测 能器始终放在同一标高之上进行测试，通过平测可 线错开的情况，所以考虑在初次测试中将平测和斜 以知道缺陷在垂直方向上的缺陷大小和严重程度， 测组合起来使用，而不是依据惯例在平测数据有异 但不能确认缺陷在水平方向上的大概部位：斜测时 常的情况下采取斜测进行辅助测试。２根声测管时， 发射和接受换能器不放在同一标高之上进行测试， 可以采取平测或者斜测；３根声测管时，可以采取任 在测试中采用固定的高程差，且同一剖面进行２次 意一根或者２根进行斜测，其余的进行平测；４根声 单独的测试，一般来说高差越大越能缩小缺陷在水 测管时，采取对角的声测管之间采用斜测。相邻两 平方向的范围，但是高程相差越大测试信号就越 管进行平测。如图２所示。 弱，各种干扰信号就越强，就越容易形成误判。所以 Ａ Ａ Ａ 测试在保证信号较好的情况下应适当增加高程差， 斜测法常作为平测法的补充测试方法。一个测线一 般需要测试２次，第１次发射换能器比接受换能器 标高高，一次发射换能器比接受换能器标高低，通 ⑩ Ｃ 。 过斜测可以缩小缺陷在水平方向的范围；扇面测试 ｃｂ） （ｃ） 法是指固定某一个换能器将另外一个换能器等间 图２声测管布置图 距移动，该方法数据处理较复杂，只针对有较严重 在实际测试过程中只要换能器高差不大．斜测 缺陷的桩采取的方法。 的效果和平测几乎是没有区别的。在测试过程中斜 第５期 王昌达，等：声波透射法检测基桩完整性的影响因素 。４９・ 测间距不是管间距而是需要计算得出的，当然２个 换能器之间的高差既不能太大也不能太小：高差太 大，２个测点距离过长，测试数据就不准确；太小组 合测试的效果就不理想了。所以要选择适当的高 差．一般选取一两个刻度点是比较理想的高差。通 普通钢筋的作用，考虑到钢管的受力状态，宜选用 桩径大、管壁厚、材质好的钢管，以增强桩基抗剪、 抗弯能力，并通过合理布置声测器避免出现钢管截 面部受压部分受控的受力状态。具体办法如下：采 用材质较好、管径较大、管壁较厚的钢管，对钢管处 过这样的组合测量既能保证竖直向的检测效果又 的其它普通钢筋布置应稍微加密，并对其管心进行 能保证水平方向上的小缺陷不被漏测。采取斜测时 桩顶和桩底处进行平测，斜测方法见图３。 图３斜测示意图 ３解决声测管变形影响的探讨 在声波透射法检测过程中，声测管管距的准确 与否直接关系到波速测量的准确性，通常要求各声 测管是相互平行的，以便用桩顶所测的管距代表整 个桩身上下的管距。但是由于钢筋笼在吊装时，尤 其是长钢筋笼，因刚度不足，在风力、惯性力的作用 下或操作不当的情况下往往会使声测管产生扭曲 变形；声测管绑扎不牢或间距过大，浇筑混凝土过 程中，易受到混凝土挤压而发生弯曲变形，声测管 接口往往出现脱扣现象，种种原因使得声测数据的 可靠性大打折扣。所以需对变形的声测管间距进行 相应的修正，一般采取曲线拟合的方法＿８］，该方法在 一定程度上消除了管距的影响，但也存在一定的缺 陷。首先由于高程一波速曲线无变化规律，很难用一 条高阶曲线进行拟合，而是需进行分段拟合，这种 拟合繁琐费时而且带人人为误差，另外造成波速波 动的系统误差虽然主要是由管距变化造成的，但是 也不排除桩身混凝土在浇筑过程中的系统误差，如 果一概拟合掉显然是错误的。 为此可以将声测管作为钢筋笼的一部分在桩 基的整体结构中发挥作用，以减少声测管钢材的浪 费，解决施工中声测管不平行导致检测数据不可靠 的难题（见图４）。对于灌注桩而言，声测管可以起到 注浆处理 声测管 图４钢筋笼示意图 ４结语 应用声波透射法对灌注桩桩身进行完整性检 测效果较好，但工程实际中影响因素众多，如何避 免误差的出现，完善声波透射的检测技术是需要研 究和解决的一个问题，比如声测管倾斜、盲区的测 试等相关问题还需进一步研究，以期能使声波透射 法在桩基检测中更好的应用。 参考文献 ［１］罗骐先．桩基工程检测手册（第二版）［Ｍ］．北京：人民交通 出版社．２００３． ２］Ｊ ｒＪ厂ｒ Ｆ８１—０１—２００４公路工程基桩动测技术规程『ｓ］． ［３］陈凡，徐天平，等．桩基质量检测技术［Ｍ］．北京：中国建筑 工业出版社．２００３． ［４］常志红，李世富，杨涛．声测管施工及对基桩检测结果的影 响［Ｊ］．施工技术，２００６，（１１）：５３—５５． ［５］余朝阳．桥梁桩基检测技术探讨［Ｊ］．中南公路工程，２００２； ２７（３）：９３—９５． ［６］刘增永，徐日庆．超声波透射法在桩基检测中的应用［Ｊ］＿ 低温建筑技术，２００５，（４）：６９－７２． ［７］禾永旺．声波透射法桩基检测的综合判读实例［Ｊ］．铁道勘 察与设计，２００７，（４）：１２—１４，２９． ［８］０ Ｌ Ｄｏｎｏｈｏ．Ｄｅ—ｎｏｓｉｎｇ ｂｙ ｓｏｆｔ—ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴ ｔａｎｓ． ｏｎＩｎ￣Ｔｈｅｏｒｙ，１９９５，４１（３）：６１３－６２７． ｆ收稿日期：２００８—０４—０７）
