超长灌注桩质量检测技术分析与应用
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摘 要：介绍了目前超长灌注桩桩身质量检测的常规技术检测方法，分析各方法的优缺点，并在此基础上重点分析了声波透射法检测桩基完整性的检测技术与实施注意事项，论证了该方法与常规检测方法的优缺点。结合某经济产业区内航道桥梁工程灌注桩桩长92m、桩径φ1200mm和φ1800mm的桩身完整性检测，并介绍桩基完整性判别的方法，并对实际应用考虑因素进行总结。
关键词：超长灌注桩 声波透射法 质量检测 桩身完整性
中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（a）-0058-02
近年来，随着我国高层建筑、高速公路及高速铁路等建筑设施的发展，对地基基础的基桩承载力要求越来越高，超长钻孔灌注桩也得到大力推广和应用。因此，如何检测超长灌注桩质量就成为重要的技术问题。传统的柱身质量检测方法多种多样，该文首先分析各种常规技术，并在此基础上分析超声波投射法的优势和特点。
1 常规柱身质量检测法
基桩桩身的质量检测，常规方法主要有高应变、低应变、钻孔取芯等。钻孔取芯从桩顶沿着桩身在桩端取芯，观察样本混凝土有无存在空洞、离析等问题。这种方法对桩身结构造成一定的破坏，尤其是对于超长桩，如果钻孔垂直度不够，容易断钢筋，偏离桩身，由此可见，钻孔取芯的方法对灌注桩的长度有一定要求。
低应变法检测技术的理论相对成熟，造价低廉，设备要求不高，因此应用较为广泛，主要采用传感器、激振设备和信号分析仪器等即可。低应变法包括反射波法、水电效应法、动力参数法、机械阻抗法等，通常所说的低应变法指的是反射波法。但是低应变反射波法不适用超长桩，检测深度也要受到场地，如桩侧土的刚度比、桩周土刚度比等各种要素的影响[1]。
高应变法主要是用重锤锤击桩顶，让桩周土产生明显的塑形变形，检测桩顶和其附近的力、速度取向，结合应力波理论分析桩顶的力度承载极限以及桩身的完整性。这种方法是采用计算机模型计算承载力，需要借助先进的信号接收器、处理器等设备，费用低，精准度较高。但是现场需要专业的技术人员辅助，并且计算复杂，如果对超长桩的锤击偏心，则有可能影响分析结果。对于大直径超长灌注桩，Q-s曲线具有缓变型特征，不宜采用高应变法进行检测。
超声波透射法检测超长灌注桩质量的工作原理是：将2根或者2根以上的声测管埋设在检测通道里，位置是互相平行，声测管可以采用塑料管、钢管和钢纹管等。声-波转换器发射超声脉冲，声波穿过混凝土介质，接收器再接收到经过转换器之后的声波，并对所接收的声波进行分析，判读其波幅、波频和声时等参数。脉冲超声信号在经过混凝土介质时发生的折射、反射和绕射等，会引起信号在波形、幅度和声时上的参数变化，因此通过判读参数变化分析声波所穿透的混凝土介质的质量、完整程度、缺陷情况、整体均匀性等。超声波透射法[2]可以从微观角度分析混凝土介质的结构、声学性质，检测仪器轻便，结果准确，桩头不用进行特殊处理，而且不受桩长的限制，对桩身缺陷能够精准定位，检测缺陷的象限和深度。
2 声波透射法的实施检测
2.1 声测管的选择和埋设
声波透射法需要声测管作为声-波换能器的通道，声测管的选择、性质、数量以及埋设工作是检测能否完整的前提，对于超长灌注桩质量检测，优先选用钢管。声测管的埋设要能保证声-波换能器在声测管中能自由通常地发射和接收声波，具体埋设过程要处理好声测管的各个节间的连接问题，防止施工中声测管出现变形或者端头被封等问题。为保证两个声测管处在平行位置，可以用铁丝或者电焊的方式将声测管牢牢地固定在钢筋笼的主筋上。超长灌注桩的质量检测，应当在桩端灌注前或者基坑开挖前进行，超长灌注桩桩径在800～1600mm之间的，可以埋设3根声测管，桩径超过1600mm的可以埋设4根声测管[3]。
2.2 现场检测
现场检测要在成桩后的28d内，超长灌注桩的质量检测要在桩端注浆之后，可以将时间提前在成桩后的14d后。由于声测管中声-波换能器主要是依靠自身在重力的作用下下放到管的底部，超长灌注桩的质量检测过程中，一般情况换能器的电缆线长度要超过100m长，如果检测时依靠人力将换能器进行提升，电缆线比较重的情况下可能导致换能器不断变化位置，从而处在不用的深度截面，因此，现场的工作人员要注意声波、波形的变化，确保换能器处在同一深度截面，否则不同深度截面的声波检测可能导致检测结果出现假性缺陷[4，5]。
3 工程实例分析
实例：某市经济产业区内航道桥梁工程，灌注桩最大桩长达92m，桩径为φ1200mm和φ1800mm。该工程主要检测超长灌注桩的桩身位置、缺陷，判定超长桩的完整性，该案例采用声波透射法，经济成本低、检测桩身质量精准度高。
3.1 检测环境
该项目在检测前对检测的环境条件进行了分析判断，主要检测环境为室外常温，周围无强振动和无强磁场干扰。
3.2 检测方法、原理
该次检测主要采用ZBL-U5型非金属超声检测分析仪，该仪器具有测试精度高、自动化功能强等特点，可以检测混凝土结构的空洞、裂缝及其他缺陷并可具体定位。考虑到灌注桩桩径大小，在检测每根桩时埋設3根、4根钢管声测管，钢管外径d1=60mm，内径d2=54mm，确保声测管处在平行位置，每2根检测管为一个剖面进行测试，测点间距为10cm。径向声-波换能器直径为20mm，经计算声测管及耦合水层声时修正值t′为24.0μs。
超长桩内埋设2根声测管，假设测点间距20cm，互相平行，声波透射如图1所示。
图1中，H0为桩身第一测点的相对标高（m）;Ln为测点间距;L′为测管外壁间的最小间距：即超声波测距（m）。 3.3 检测声参数
（1）声时t，超声脉冲在混凝土介质间距的传播时间（μs）。
（2）波幅A，接收器的声波接受首波波幅（dB）。
（3）计算公式如下。
tci=ti-to-t′ （1）
vi= （2）
Api=20lg（） （3）
式（1）（2）（3）中，tci为第i测点声时（us）;vi为第i测点声速（km/s）;ti为第i测点声时测量值（μs）;to为仪器系统延迟时间（us）;t′为声测管及藕合水层声时修正值（μs）;Api为第i测点波幅值（dB）;ai为第i测点信号首波波峰值（V）;ao为零分贝信号幅值（V）。
3.4 声波参数的判读和分析
（1）声速测量值（频率、幅值）数据分析参量。
①平均值：。
②标准差：。
③离差系数：。
（2）桩身完整性及缺陷判据。
①声速异常判定值：V0=Vm-λSX。
②波幅异常判定值：Api<Am-6。
③PSD异常判定值：PSD=K·△t。
（4）
△t=tci-tci-1 （5）
3.5 检测结果
根据以上数据分析，并综合考虑影响波形变化以及主频漂移的各种外界因素，分析灌注桩的质量性质，对不同质量情况的灌注樁进行分类，结合声波透射检测结果、场地地质条件及基桩施工工艺进行综合分析，此次所检测68根桩的波速C（超声波在桩体中传播的速度）在3.956～4.679km/s范围内，其平均值为4.262km/s。所测试的68根桩，其中Ⅰ类桩66根，占所测桩数的97.1%，Ⅱ类桩2根。
4 结语
根据理论分析和案例实践分析，声波透射法相比其他常规检测法更能有效检测超长灌注桩的质量，并且经济性高，工程工期适用性较高，仪器简便。对于整体建筑规模庞大，使用灌注桩较多的工程，声波透射法目前是较为普遍采用的一种检测方法。
参考文献
[1] 高凤山.超长钻孔灌注桩超声波法成孔质量检测及其影响因素分析[J].江西建材，2017（8）：194-195.
[2] 申军华，刘华庆，杨宇.大直径超长钻孔灌注桩成孔质量检测[J].公路交通科技：应用技术版，2015（11）：167-169.
[3] JGJ 106-2014，建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.
[4] 唐亮.超声波透射法检测超长灌注桩质量[J].山西建筑，2011，37（20）：70-72.
[5] 郑文南.超声波透射法在钻孔灌注桩完整性检测中的应用探讨[J].四川水泥，2018（8）：280-282，328.
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