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摘要：通过介绍桥梁基桩检测的不同方法以及各自方法的适用范围，本文选用超声波透射无损伤检测作为桥梁基桩完整性检测方法，介绍其工作原理以及现场检测方法，通过声速、波幅、PSD三个方面的判据来鉴定桩身的完整性，并通过实测数据进行分析，本文以某工程为例对桩身进行检测，对检测当中有缺陷的部分进行钻芯取样，验证了声波透射法的正确性，为工程提供一定的指导意义。
关键词：桥梁基桩；声波透射法；钻芯取样；桩基完整性
中图分类号：K928文献标识码： A
前言
桥梁桩基工程作为下部隐蔽工程结构的一部分，不确定性因素多，施工中难保证质量，其质量直接影响到整个工程的安全，在工程中起着至关重要的作用，所有的公路桥梁桩基是被列为必检项目，如何确保基桩桩身的完整性是工程中最为注重的。目前基桩常用的检测方法有：(1)单桩竖向抗压静载试验，此法是通过测试桩身内力及变形、桩侧及桩端阻力来确定单桩竖向抗压极限承载力，判定竖向抗压承载力是否满足设计要求，可以验证单桩竖向抗压承载力检测结果；(2)单桩竖向抗拔静载试验，此法确定单桩竖向抗拔极限承载力，通过桩身内力及变形测试，测定桩的抗拔阻力，判定竖向抗拔承载力是否满足设计要求。(3)单桩水平静载试验，此法确定通过桩身内力及变形测试，测定桩身弯矩单桩水平临界和极限承载力，推定土抗力参数判定水平承载力是否满足设计要求；(4)钻芯法，检测桩长、桩身强度、沉渣厚度，判断桩端土的性状和桩身完整性类别；(5)低应变法，检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别；(6)高应变法，检测桩身缺陷及其位置，判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求，划分桩身完整性类别分析桩侧和桩端土阻力；(7)声波透射法，检测灌注桩桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。以上七种方法中我们最常用的是声波透射法，作为无损伤检测，可以高效，准确判断桩身的完整程度，我们以此作为工程基桩检测的首选方法之一。
超声波原理
声波透射法检测混凝土灌注桩的基本工作原理是在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的聲测管作为检测通道，管中注满清水作为耦合剂，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中，由非金属超声检测分析仪发射一系列电脉冲信号，施加在发射换能器的压电体上，转换为超声振动，超声波穿过待测的桩体混凝土，被接收换能器接收信号再转换成电信号，仪器的数字信号采集系统(A/D)将声信号转换成离散化数字信号送到仪器的中央处理系统。由仪器的数据处理与分析软件对接收信号的各种声参量进行综合分析，即可对桩身内部缺陷性质、位置做出判断，完成检测工作。
现场检测方法
图1现场测试方法示意图
1)声时修正值可按式(1)计算:
(1)
式中：为声时修正值(μs)，(简称声时，t为声波在混凝土中的传播时间)；
D为声测管外径(mm)；
d为声测管内径(mm)；
为换能器外径(mm)；
vt为声测管壁厚度方向声速值(km/s)；
vw为水的声速值(km/s)。
2)声时、声速和声速平均值应按下列式(2)计算，并绘制声速—深度曲线、波幅—深度曲线。
， ，(2)
式中：t为声时值(μs)；
ti为超声波第i测点声时值(μs)；
t0为声波检测系统延迟时间(μs)；
为声时修正值(μs)；
vi为第i个测点声速值(km/s)；
l为两根检测管外壁间的距离(mm)；
vm为混凝土声速平均值(km/s)；
n为测点数。
桩身混凝土缺陷判定
(1)声速判据
当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。
(3)
式中：vi为第i个测点声速值(km/s)；
vD为声速临界值(km/s)。
声速临界值采用正常混凝土声速平均值与2倍声速标准差之差，即式(4~(7)所示：
(4)
(5)
(6)
式中：为正常混凝土声速平均值(km/s)；
为正常混凝土声速标准差；
为第i个测点声速值(km/s)；
n为测点数。
当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据。即实测混凝土声速值低于声速低限值时，可直接判定为异常。
(7)
式中：为第i个测点声速值(km/s)；
为声速低限值(km/s)。
(2)波幅判据
用波幅平均值减6dB作为波幅临界值，当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。
(8)
(9)
式中：AD为波幅临界值(dB)；
Am为波幅平均值(dB)；
Ai为第i个测点相对波幅值(dB)；
n为测点数。
(3)PSD判据
采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。
(10)
式中：为第i个测点声时值(μs)；
为第i-1个测点声时值(μs)；
为第i个测点深度(m)；
为第i-1个测点深度(m)。
桩身完整性类别判定
对于混凝土声速和波幅值出现异常并判为可疑缺陷区的部位，应按本规程的要求，确定桩身混凝土缺陷的位置及影响程度。
①Ⅰ类桩：各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常；
②Ⅱ类桩：某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常；
③Ⅲ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，PSD值变大，波形畸变；
④Ⅳ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畸变。
工程实例
以云南某工地600根桩进行实测，并选用典型桩基工程案例进行分析，将桩身完整无缺陷、桩身离析、桩头浮浆、断桩或夹泥、桩底沉渣五种工程实例的波形图和影像图进行对比分析。
(1)桩身完整无缺陷
(2)桩身离析实例
(3)桩头浮浆实例
(4)断桩或夹泥实例
(5)桩底沉渣实例
通过以上五种方法的对比，选取可能出现断桩或夹泥的桩基进行钻芯取样，发现与声波透射法结论一致，说明声波透射法在桩基检测当中的准确和实用性。
结论
本文介绍了桩基检测不同方法以及适用范围，通过对声波透射法详细介绍工作原理及现场检测方法过程，分析声速、波幅、PSD指标鉴定桩身的完整性，并以某工程为例对桩身完整无缺陷、桩身离析、桩头浮浆、断桩或夹泥、桩底沉渣五种工程实例进行汇总，并对有缺陷的部分进行钻芯取样，验证了声波透射法的正确性，为工程提供一定的指导意义。
参考文献：
[1]杨永亮.超声波透射法在桩基完整性检测中的应用[M].武汉理工大学,2012.
[2]李晨.桩基工程检测技术的现状及存在问题[J].四川建材,2006(04).
[3]王齐仁.声波透射法评价基桩事故处理质量[J].建筑科学,2005(06).
[4]胡运兵,宋劲,徐宏武.声波透射法在桥桩安全检测中的应用[J].地下空间与工程学报,2005(05).
[5]宋人心,王五平,傅翔,张剑.灌注桩声波透射法缺陷分析方法——阴影重叠法[J].中南公路工程,2006(02).
关键词：桥梁基桩；声波透射法；钻芯取样；桩基完整性
中图分类号：K928文献标识码： A
前言
桥梁桩基工程作为下部隐蔽工程结构的一部分，不确定性因素多，施工中难保证质量，其质量直接影响到整个工程的安全，在工程中起着至关重要的作用，所有的公路桥梁桩基是被列为必检项目，如何确保基桩桩身的完整性是工程中最为注重的。目前基桩常用的检测方法有：(1)单桩竖向抗压静载试验，此法是通过测试桩身内力及变形、桩侧及桩端阻力来确定单桩竖向抗压极限承载力，判定竖向抗压承载力是否满足设计要求，可以验证单桩竖向抗压承载力检测结果；(2)单桩竖向抗拔静载试验，此法确定单桩竖向抗拔极限承载力，通过桩身内力及变形测试，测定桩的抗拔阻力，判定竖向抗拔承载力是否满足设计要求。(3)单桩水平静载试验，此法确定通过桩身内力及变形测试，测定桩身弯矩单桩水平临界和极限承载力，推定土抗力参数判定水平承载力是否满足设计要求；(4)钻芯法，检测桩长、桩身强度、沉渣厚度，判断桩端土的性状和桩身完整性类别；(5)低应变法，检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别；(6)高应变法，检测桩身缺陷及其位置，判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求，划分桩身完整性类别分析桩侧和桩端土阻力；(7)声波透射法，检测灌注桩桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。以上七种方法中我们最常用的是声波透射法，作为无损伤检测，可以高效，准确判断桩身的完整程度，我们以此作为工程基桩检测的首选方法之一。
超声波原理
声波透射法检测混凝土灌注桩的基本工作原理是在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的聲测管作为检测通道，管中注满清水作为耦合剂，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中，由非金属超声检测分析仪发射一系列电脉冲信号，施加在发射换能器的压电体上，转换为超声振动，超声波穿过待测的桩体混凝土，被接收换能器接收信号再转换成电信号，仪器的数字信号采集系统(A/D)将声信号转换成离散化数字信号送到仪器的中央处理系统。由仪器的数据处理与分析软件对接收信号的各种声参量进行综合分析，即可对桩身内部缺陷性质、位置做出判断，完成检测工作。
现场检测方法
图1现场测试方法示意图
1)声时修正值可按式(1)计算:
(1)
式中：为声时修正值(μs)，(简称声时，t为声波在混凝土中的传播时间)；
D为声测管外径(mm)；
d为声测管内径(mm)；
为换能器外径(mm)；
vt为声测管壁厚度方向声速值(km/s)；
vw为水的声速值(km/s)。
2)声时、声速和声速平均值应按下列式(2)计算，并绘制声速—深度曲线、波幅—深度曲线。
， ，(2)
式中：t为声时值(μs)；
ti为超声波第i测点声时值(μs)；
t0为声波检测系统延迟时间(μs)；
为声时修正值(μs)；
vi为第i个测点声速值(km/s)；
l为两根检测管外壁间的距离(mm)；
vm为混凝土声速平均值(km/s)；
n为测点数。
桩身混凝土缺陷判定
(1)声速判据
当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。
(3)
式中：vi为第i个测点声速值(km/s)；
vD为声速临界值(km/s)。
声速临界值采用正常混凝土声速平均值与2倍声速标准差之差，即式(4~(7)所示：
(4)
(5)
(6)
式中：为正常混凝土声速平均值(km/s)；
为正常混凝土声速标准差；
为第i个测点声速值(km/s)；
n为测点数。
当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据。即实测混凝土声速值低于声速低限值时，可直接判定为异常。
(7)
式中：为第i个测点声速值(km/s)；
为声速低限值(km/s)。
(2)波幅判据
用波幅平均值减6dB作为波幅临界值，当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。
(8)
(9)
式中：AD为波幅临界值(dB)；
Am为波幅平均值(dB)；
Ai为第i个测点相对波幅值(dB)；
n为测点数。
(3)PSD判据
采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。
(10)
式中：为第i个测点声时值(μs)；
为第i-1个测点声时值(μs)；
为第i个测点深度(m)；
为第i-1个测点深度(m)。
桩身完整性类别判定
对于混凝土声速和波幅值出现异常并判为可疑缺陷区的部位，应按本规程的要求，确定桩身混凝土缺陷的位置及影响程度。
①Ⅰ类桩：各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常；
②Ⅱ类桩：某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常；
③Ⅲ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，PSD值变大，波形畸变；
④Ⅳ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畸变。
工程实例
以云南某工地600根桩进行实测，并选用典型桩基工程案例进行分析，将桩身完整无缺陷、桩身离析、桩头浮浆、断桩或夹泥、桩底沉渣五种工程实例的波形图和影像图进行对比分析。
(1)桩身完整无缺陷
(2)桩身离析实例
(3)桩头浮浆实例
(4)断桩或夹泥实例
(5)桩底沉渣实例
通过以上五种方法的对比，选取可能出现断桩或夹泥的桩基进行钻芯取样，发现与声波透射法结论一致，说明声波透射法在桩基检测当中的准确和实用性。
结论
本文介绍了桩基检测不同方法以及适用范围，通过对声波透射法详细介绍工作原理及现场检测方法过程，分析声速、波幅、PSD指标鉴定桩身的完整性，并以某工程为例对桩身完整无缺陷、桩身离析、桩头浮浆、断桩或夹泥、桩底沉渣五种工程实例进行汇总，并对有缺陷的部分进行钻芯取样，验证了声波透射法的正确性，为工程提供一定的指导意义。
参考文献：
[1]杨永亮.超声波透射法在桩基完整性检测中的应用[M].武汉理工大学,2012.
[2]李晨.桩基工程检测技术的现状及存在问题[J].四川建材,2006(04).
[3]王齐仁.声波透射法评价基桩事故处理质量[J].建筑科学,2005(06).
[4]胡运兵,宋劲,徐宏武.声波透射法在桥桩安全检测中的应用[J].地下空间与工程学报,2005(05).
[5]宋人心,王五平,傅翔,张剑.灌注桩声波透射法缺陷分析方法——阴影重叠法[J].中南公路工程,2006(02).