灌注桩超声成孔质量检测技术分析

　　现如今，桩基成孔质检方法成为桩基检测中的关键构成部分。当前，国家标准和交通、建筑等领域发布的关于桩基工艺技术和验收标准中，对混凝土灌注桩成孔性能的检验要点、检验规范、检查方法等有了明确规定及要求，而超声检测就是其中之一。

　　灌注桩超声成孔检测的重要性

　　灌注桩属于建筑结构中常用的桩基模式，其将顶部构造的荷载传送入深层稳固的土层和岩层，降低建筑结构的不均匀下沉。灌注桩的建设包括成孔与成桩两类，其中,成孔属于灌注桩建设的首个环节。成孔施工因为是在地下、水中完成，质量难以控制，复杂的地质环境或施工过程的失误均会引起塌孔、缩孔、桩孔倾斜、沉渣太厚等情况。成孔性能的优劣直接关系着混凝土浇筑后的成孔效果：桩孔径较小，就导致桩顶部承重降低，整桩性能下降；桩孔扩径会造成成桩顶部侧阻力加大，而底部侧阻力无法彻底发挥，而且单桩的混凝土浇筑量增多，成本增加；桩孔倾斜转变了桩竖向性能，制约着桩基承载力的发挥，而且孔斜还易出现吊钢筋笼不易、塌孔、钢筋防护层厚度不够等情况；桩底沉渣太厚令桩长缩减，限制桩顶端承重水平。所以，在混凝土浇筑前开展灌注桩成孔质检工作对成桩质量非常重要。江苏省地方标准《钻孔灌注桩成孔、地下连续墙成槽质量检测技术规程》（DGJ32/TJ117—2011)规定了超声波成孔质量检测的方法原理及数据分析评定。在行业标准《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50）对成孔质量作出了明确要求。

　　超声成孔检测原理及检测方法

　　成孔质量检测包括孔径、孔深、垂直度、成渣厚度等，利用超声成孔质量检测仪进行灌注桩孔径、孔深、孔壁垂直度检测。超声成孔质量检测仪由主机、超声探头、深度测量装置和提升机构组成，测量孔径、孔深、垂直度的原理如图1所示。

　　1 检测原理

　　利用超声成孔质量检测仪进行灌注桩孔径、垂直度检测。超声探头在设备的控制下，由孔口匀速降低，深度检测设备测取探头放入的深度并传至主机。因为泥浆声阻抗低于土层和岩石结构的声阻抗，超声波基本由孔壁形成全反射，反射波通过泥浆传递后让换能器采集，反射波抵达的时间就是超声波在孔洞泥浆内的传递时间t，即声时。检测探头上安装4组换能器，4组探头呈正交十字检测钻孔两个角度的孔壁剖面。检测探头两个角度相反的换能器到孔壁的间距是l1、l2，测得声波在路径l1、l2上的往返传播时间分别为t1、t2，假如泥浆的声波速度为c（c可通过实测得到那么有l1=ct1/2、l2=ct2/2，桩孔于该断面检测的孔径就是D=l1+l2+d，其中，d是两角度相反换能器的接收面路程。则基于所检查的桩孔壁剖面图能了解桩孔垂直性。

　　2 检测方法

　　1.检测前准备

　　测量泥浆比重，泥浆指标不符合技术要求会使检测截面模糊或者检测不到反射界面。井口平行安装两个带槽钢轨，把线架顺着导轨推入井口顶部，调节线架令头处在井口中心，并保证线架水平可靠放置；检测绞车机架应稳定，仪器尽量对中，检测前务必检查线架各个滑轮和部件是否灵活运转，尤其是探头上方大动滑轮；检查电缆线是否有脱落，确保仪器各部件处于良好状态；用干抹布或纸巾擦干净探头的8个传感器表面，使其光滑明亮，再给8个传感器表面均匀涂抹薄薄一层真空硅脂，增强信号接收效果。

　　2.泥浆波速及比重的测定

　　井径、垂直性测试中的关键内容是检测泥浆波速：波速检测通常是在所查孔的端口处理，按照端口所检查的声时值及丈量的孔井径，就能获得泥浆波速值。桩孔施工中，机械不可避免地碰撞孔壁。若地层松散，极易出现塌孔，导致泥浆内悬浮物质增加，泥浆比重很大，加之机械设施旋转而形成的气泡，将对超声波能量产生巨大的散射与衰减。回波信号较弱而无法接收到,不能显示孔壁图形。但泥浆比重也不得过低，随着钻孔深度加大，周边土体应力会再次调整，如果最高主压应力与最 低主压应力和垂直主应力达到某个比例时，即超出土体的抗剪强度则极易出现塌孔。大量现场检测显示，泥浆比重维持在1.12~1.18kg/L之间较佳。

　　3.孔径、垂直度计算

　　超声成孔检测仪检查孔径、垂直度，基于声学参数计算法判定检测结论。声学参数计算借助测量获得的声学参数值，经计算获得桩孔深度上所有检测位置的孔径、垂直度，该方法精确度很高。

　　4.应用中的注意事项

　　测试的孔壁附近不会十分干净，尤其是孔底沉渣、泥浆比重比较大，泥浆悬浮颗粒反射的超声波会影响判读的准确性。现阶段的仪器还是比较笨重，特别要注意仪器的架设，保证人身安全。

　　成孔质量检测实例

　　超声成孔质量检测仪较为直观地给出成孔情况（见图2），本文选取了某工程立交灌注桩，该灌注桩为嵌岩桩，桩径为1500mm，设计桩长为31.00m，桩身设计强度等级为C30，桩端持力层是中风化花岗岩。检测结果见表1，此次记录为南北、东西孔壁图像，钻孔最大X 偏移为-91.32mm，钻孔最大Y偏移为164.83mm，垂直度为0.4%，钻孔最大孔径为1819mm，最小孔径为1507mm，平均孔径1666mm，实测孔深为31.50m。

　　由表1检测结果，依据《公路工程质量检验评定标 准》（JTGF80/1—2004）对受检基桩的成孔质量评定如下：成孔直径平均值为1666mm，满足规范要求；最小值为1507mm，满足规范要求。成孔孔深为31.50m，大于设计值31.00m，满足设计要求。成孔倾斜度为0.40%(126mm),小于桩长的1%（315mm），且不大于500mm，满足规范要求。

　　结语

　　成孔质量关系到成桩质量，每个检测孔必须有工程名称、检测孔号、检测时间、检测孔径、孔深、垂直度等；使用超声成孔检测法，泥浆的比重越高，悬浮颗粒越大，则信号散射和衰减越快。由于受施工工艺、施工流程、施工机械及人为操作等影响，基桩成孔往往会造成扩径、缩径等质量问题，在桩基检测中，通过检测及时发现施工中存在的技术及质量问题，查找原因改进施工工艺和施工流程。

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