1、鉆孔灌注樁超聲波法檢測實踐閻光輝提要：本文提出了一種準確判定缺陷性質、位置和大小的較合理的檢測方法，并對國家規程中三種缺陷判定方法逐一進行分析，指出判斷時應注意的問題，最后提出了自己新研制的綜合判定方法。關鍵詞：鉆孔灌注樁 超聲波 聲參量 缺陷前言隨著近幾年公路工程建設的不斷發展，尤其是高速公路的飛速發展，河南省鉆孔灌注樁據粗略統計每年都在6000根以上。鑒于鉆孔灌注樁大都采用水下灌注，看不見，摸不著，加之地質復雜，施工單位的施工工藝和經驗不同，出現了許多事故。1983年，由河南省交通廳公路管理局與湖南大學在參考法國同類樁基檢測基礎上，運用超聲脈沖技術共同研制成功的一種新的檢測樁基質量的方法即

2、埋管法（或聲波透射法），為我國無損檢測開辟了新領域。該方法是鉆孔灌注樁非檢測方法中的一種，因其機理明確、設備簡單、使用方便、檢測準確可靠，能非性地檢測鉆孔灌注樁完整性、均勻性，因而被廣泛應用于公路、水利、建筑、鐵路等領域。該方法現也被列入中華人民共和國基樁低應變動力檢測規程并作為一種典型的方法由河南逐步推向全國。超聲波法的研制成功，填補了我國無損檢測領域的一項空白。現根據多年來從事超聲波檢測的經驗和體會，對超聲波檢測方法和缺陷判斷方面進行總結，供同行參考。一、超聲波法的測試超聲波法的測試原理：由儀器中的脈沖信號發生器發出一系列周期性電脈沖，并加在發射換能器的極板上而產生超聲脈沖，超聲脈沖這被測

3、樁體，并被接收換能器所接收（圖1），聲波信號重新轉變成電信號，儀器顯示出超聲脈沖穿過被測介質時的各種物理量如聲波傳播時間t、能量的損失A、頻率f的變化和波形畸變等。由于聲波穿過不同的介質時，這些物理量均不同，因此可根據這上結物理量與介質性質之間的關系判斷樁身中混凝土質量的變異及內部缺陷的性質、大小和位置。二 測試方法1粗測：粗測一般為平測（圖2）。平測是將兩探頭放置在聲測管同一水平高度（聲測管中應事先注滿清水，作為接觸良好的介物），以聲測管管平面為基準首先把探頭入置在離聲測管管平面最近的好的混凝土中，此時屏幕上應出現正常波形即正弦波（或余弦波），調整衰減倍數，使接收波首波幅值達到屏幕刻度的34

4、格，等波形穩定后，方可進行數據采集，測出聲時和首波幅值。探頭每次放下0.5米，直至測至管底。目前，大多數鉆孔灌注樁預埋三根聲測管，需測三個測面才能包絡基樁的主要部分，該樁才算檢測完整。用樁基數據處理軟件自動進行數據處理，再由有經驗的檢測工程師對樁基完整性進行判讀，并得出判斷結論。若無問題，則該樁測試完畢，判讀若有異常，則須對異常位置進行細測。值得注意的是，樁基檢測混凝土品質是個相對比較的過程，各種聲參量只有在同條件下才有可比性，才能正確判斷出缺陷嚴重程度，所以在檢測時均應固定發射電壓、固定衰減、固定換能器。又由于換能器長度較短，超聲波能達到的聲場有限，50cm或40cm（規范上規定的測點間距，

5、是由實驗的有效聲場包絡范圍所制定的）一個測點，難免會出現漏測部分，所以放探頭時應往下移，此時，檢測人員應注意觀察波形變化，遇有波形畸變，波幅衰減較大，應隨時記錄在案，以便復測。另外值得注意的是，目前在樁基缺陷判斷時，提倡采用多參數（聲時、幅值、頻率、波形）綜合判斷法，要想方便地采集到所有的聲參量，必須采用智能型聲波儀。所以，有條件的話，應盡可能采用智能型超聲波檢測儀。在聲參數中，幅值對缺陷是最敏感的，當聲測管傾斜嚴重時，當聲波繞過一個小缺陷而聲速變化不大時，你會感覺到該參數的重要性。還需指出的是，樁基檢測時，會出現探頭不在管中心或探頭貼住管壁或探頭旋轉一定角度的現象，對幅值讀數產生影響，所以探

6、頭應選壓電式并帶定位器的徑向柱狀探頭。2.細測：細測是在粗測的基礎上對聲波參數異常，懷疑有缺陷的部位進行加密平測和增加斜測和交叉控制。所謂加密平側（圖3）是指兩探頭仍在同一水平面上，只是將探頭每次下放的距離縮小至20cm一測。根據經驗，對于樁徑在1m，探頭頻率40KC，聲波從發射到接收其聲場所達到的水平和垂直方向的最大距離約20cm。測試時若相鄰測點距離較小如5cm、10cm，那么測試數據較多，缺陷重疊。若相鄰測點距離較大如30cm、40 cm，則易產生漏判。20cm一個測點比較合理，建議采用。所謂加密斜測（圖4）是指檢測之前使兩探頭不在同一高度即錯位法。兩探頭每次機時下放的距離也應縮小至20

7、cm一測。最后用細測軟件進行數據處理，進一步對缺陷范圍，性質和大小進行定位判斷。那么兩探頭中到中之間的錯位高度究竟多少為合適呢？這里應掌握一個原則：在好的混凝土中，固定發射電壓、固定探頭、固定衰減后，只要聲波接收信號強，首波幅度滿足測試要求，錯位高度越大越好。根據經驗，建議采用60100cm錯位高度。實例：河南省某高速公路三標某橋21樁。樁徑1.5m，樁長23m，示號20，埋置三根聲測管，管距（中到中）依次為L1298cm、L1392cm、L2395cm。灌注完畢7天以后進行超聲波檢測。使用北京市政研究所NM3A智能型超聲儀，探頭用揚州超聲儀器設備廠生產的40KC徑向柱狀探頭。首先粗測：按前面

8、所述粗測方法（以聲測管管平面為基準向下計算深度）依次對12管、13管、23管檢測（圖5），經綜合判斷，結果如下：12管：混凝土良好，無缺陷。13管：1415m，夾泥砂。23管：1415.5m，夾泥砂。初步判斷上述缺陷是局部夾泥類缺陷。為進一步判定缺陷上、下限和局部缺陷占樁橫截面的比例，必須進行細測。細測：兩探頭錯位高度60cm，相鄰測點間距20cm。注意：初測深度從13m開始至16m結束即可。探頭放置過程中一定要按刻度（20cm）準確往下放，否則影響判定結果。12管：先加密平測（圖3）。兩管同時放13m。加密斜測（圖4）。1管放置13m，2管入置13.6m。20cm一測，測至16m（以1管為準

9、）結束。再斜測。1管放置13m，2管放置12.4m。20cm一測，測至16m（以1管為準）結束。同理，檢測13管（以1管為準）。檢測23管（以2管為準）。整樁檢測完后，為了對缺陷的位置、大小進行判定，以聲測管作為橫坐標，深度作為縱坐標。 按以下方法進行分析（圖6），按比例繪圖，黑陰影線為有缺陷的點。整樁檢測結果：3測管附近，14.215.0m之間，夾泥砂。缺陷面積約占樁基橫截面積的48。平面示意圖（圖7）。鉆孔驗證：由于地下水位較高，該樁采用鉆孔壓漿法修補。其鉆孔取結果如下（圖8）。共鉆5個孔：1、2、3、4、5。單位：cm三 缺陷判斷鉆孔灌注樁在施工中易產生的缺陷主要有以下幾種：蜂窩、孔洞、

10、擴徑、縮徑、離析、沙礫、夾層、泥砂夾層。如何定性、定量準確判斷出各種缺陷性質、大小和范圍，目前國家規范和行業標準中都沒有可操作性強的方法和標準供大家使用。再有，究竟缺陷樁屬第幾類樁，是否需要處理，也沒有相應的判斷標準，所以仍須憑經驗去判斷。但中華人民共和國行業標準基樁低應變動力檢測規程中為我們制定了三種判定樁身有無缺陷的方法：1、數值判斷法。2、PSD判斷法。3、波幅判斷法，這無疑為我們聲測人員在數據處理和缺陷判斷方面提供了原理、理論和參數定性的判斷依據。另外，還有多因素概率分析法等。31 數值判斷法該方法是利用數理統計學原理，在保證聲測管兩兩基本平行且管距基本相等的情況下，則聲時平均值t與聲

11、時2倍標準差t之和作為判定樁身有無缺陷的臨界值，并按下列公式計算：式中 n測點數； tci混凝土中第i測點聲波傳播時間；t聲時平均值；t聲時標準差；若某點的聲時值tit2t，則該點混凝土有缺陷。應注意的是：該方法是建立在聲測管基本平行、管距基本相等、混凝土均勻、數值符合正態分布的前提下，缺陷判定才比較準。但是，由于工程管理、施工水平和混凝土離散性大，聲測管不平行且管距不等諸因素的影響，終使聲時標準差t偏大，導致缺陷易漏判。32 PSD判據法該方法是河南省公路管理局與湖南大學土木系于1983年為確保鄭州黃河公路大橋樁基質量而研制成功的可定性、定量判斷樁身質量的方法，1985年在洛陽通過交通部專家

12、鑒定。PSD判據即聲時深度曲線相鄰測點的斜率K與相鄰兩點聲時差值t的乘積即K×t。K=(ti-ti-1)/(hi-hi-1)t=ti-ti-1PSD=K×t=(ti-ti-1)2/(hi-hi-1) (1)式中： ti第i測點的聲時（s）； ti1第i-1測點的聲時（s）；hi第i測點的深度（m）； hi-1第i1測點的深度（m）；PSD對缺陷很敏感，在判據深度曲線上可明顯地反映出缺陷的位置及性質。當聲測管不平行時，由于相鄰測點聲時差值變化不大，故PSD還可解決聲測管傾斜問題。需要提醒大家的是，當遇低強且均勻的混凝土或相鄰測點均在缺陷區時，由于聲時值的變化也不大，在判據深度

13、曲線上反映不出缺陷，易漏判，需用波幅衰減、聲速、波形畸變來綜合判定。33 波幅判斷法聲波在穿過有缺陷的混凝土時，其聲能要被衰減，聲參量波幅會比聲速對缺陷更敏感。中華人民共和國行業標準基樁低應變動力檢測規程中規定可采用接收信號首波能量平均值的一半作為判斷缺陷臨界值的標準，公式如下：式中：平均幅值（dB）；第i測點的幅值（dB）；n測點數。需指出的是，該判據利用了衰減對缺陷的敏感性。但為什么能量衰減一半正是判別缺陷有無的界限？這一點還缺乏理論依據和足夠的工程驗證資料，實際檢測中也容易檢測到能量衰減一半的值，但混凝土并無缺陷，這可能與混凝土本身是非均質材料，灌注過程中易產生小的蜂窩、孔洞有關，應謹慎

14、使用。34 多因素概率分析法（簡稱NFP）該方法使用多因素，即聲速V、頻率F、波幅A。通過對整體的概率分析，獲得一個綜合判斷值NFP來判斷缺陷的方法。NFP值按下式計算：式中：NFP（i）第i點的判據值；Vi，Fi，Ai第i點的聲速、頻率、幅值的相對值，即聲參數分別除以該樁各測點所對應聲參數中最大值所得之商；以上述三個參數相對值之積為樣本的標準差；m概率保證系數，它系根據與樣本相擬合的夏里埃（Char Liar）概率密度函數及樣本的偏相關系數、峰凸系數極其保證概率（如<0.01）所決定的。當NFP值1，表示該處有缺陷，其值越小，混凝土質量越差。NFP值1，則無缺陷，其值越大，混凝土質量越

15、好。前三種方法都有一共同特點：均使用一個聲參數。眾所周知，混凝土中存在缺陷，會使測試的聲速、波幅、頻率發生明顯減小，三個聲學參數單獨用于缺陷判斷，則各有其優點和局限性。如聲時（或聲速），相對其它兩參數來說，受測試操作人員經驗的影響較少，但對小缺陷反映不敏感。用頻率值判別缺陷需要有較熟練的測試技術，否則容易出現測試誤差。波幅對缺陷反映十分敏感，但受儀器、探頭和基樁質量影響較大。綜上所述，用單一的聲學參數作為判斷的依據，必然有較大的局限性。而多因數概率分析法（簡稱NFP法），把三種參數綜合在一起，可較全面地反映缺陷的性質，但該方法把三種參數平均參與判定，沒有考慮實際缺陷情況而應給某聲參量以適當的權值，其判定缺陷性質略顯偏頗。近年來，河南省交通廳質監站在運用多參數對缺陷進行綜合判斷方面也進行了嘗試，根據多年來的檢測經驗，在總結PSD法、聲速V和首波幅度A變化的情況下，提出如下判斷缺陷性質的方法。見下表。該方法進一步細化了PSD判據和首波幅值，不但解決了聲測管傾斜造成地誤判，而且在判斷缺陷性質方面又前進了一步。該判別式在實際檢測中也得到了很好的驗證。PSDVA缺陷性質PSD9正常正常