隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的迅速發(fā)展，樁基礎(chǔ)已成為橋梁工程最常用的基礎(chǔ)形式。由于其成樁質(zhì)量受地質(zhì)條件、成樁工藝、機(jī)械設(shè)備、施工人員、管理水平等諸多因素的影響，較易產(chǎn)生夾泥、斷裂、縮頸、砼離析、樁底沉渣較厚及樁頂砼密實(shí)度較差等質(zhì)量缺陷，危及主體結(jié)構(gòu)的正常使用與安全，甚至引發(fā)工程質(zhì)量事故。因此如何測定缺陷的位置，并準(zhǔn)確地對其進(jìn)行評價(jià)成為基樁質(zhì)量檢測的一個核心問題。
本文結(jié)合福建省浦南高速公路工程實(shí)例，介紹超聲波法在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用。
浦南高速公路是國家高速公路規(guī)劃網(wǎng)第二條放射線北京至臺北高速公路的組成部分，是我省目前設(shè)在單個區(qū)市境內(nèi)建設(shè)里程最長、投資最大的高速公路項(xiàng)目。全線共有大中橋99座，樁基5400多根，其中采用超聲波法檢測的1100根，我單位承擔(dān)全線橋梁的樁基檢測，評價(jià)樁身砼的完整性。
2 超聲波法檢測原理及技術(shù)
（1） 超聲波法檢測的基本原理是:由超聲脈沖發(fā)射源在砼內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在砼內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動特征；當(dāng)砼內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低；當(dāng)砼內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等嚴(yán)重缺陷時(shí)，將產(chǎn)生波的散射和繞射；根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得測區(qū)范圍內(nèi)砼的密實(shí)度參數(shù)。測試及記錄不同側(cè)面、不同高度上的超聲波動特征，經(jīng)過處理分析就能判別測區(qū)內(nèi)砼內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置，并對砼總體的均質(zhì)性和完整性的作出評價(jià)。
（2）在基樁施工前，依樁徑大小預(yù)埋一定數(shù)量的聲測管（一般采用鋼管或鍍鋅管，底端封閉、頂端加蓋），作為換能器的通道。測試時(shí)每2根聲測管為一組，聲測管內(nèi)注滿清水，通過水的耦合，超聲脈沖信號從一根聲測管中的換能器發(fā)射出去，在另一根聲測管中的換能器接收信號，測定有關(guān)參數(shù)并采集記錄儲存。發(fā)、收換能器同步向上提升進(jìn)行檢測，遇到異常時(shí)可采用水平加密、等差同步和扇形掃測等方法加密細(xì)測。
3 數(shù)據(jù)分析與判定
檢測按《公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程》（JTG/T F81-01—2004）中有關(guān)超聲波法規(guī)定進(jìn)行：
（1） 樁身缺陷以聲速臨界值、波幅臨界值以及PSD（斜率法）判據(jù)進(jìn)行綜合判定。PSD值Kt按下式計(jì)算:
Kt=K·Δt
K=（tci-tci-1）/zi-zi-1Δt=tci-tci-1
式中，tci為第i測點(diǎn)聲時(shí)；tci-1為第i-1測點(diǎn)聲時(shí)；
zi為第i測點(diǎn)深度；zi-1第i-1測點(diǎn)深度。
（2） 樁身均勻性按聲速離散系數(shù)Cv分為A～D4級（表1）。
表1聲速離散系數(shù)級別
（3） 基樁檢測的相關(guān)規(guī)范中，根據(jù)樁身是否存在缺陷及存在缺陷的嚴(yán)重程度，將樁的完整性分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四個類別，并依據(jù)各檢測剖面的聲學(xué)參數(shù)異常點(diǎn)的分布情況及異常點(diǎn)的偏離程度，決定被測樁的完整性類別。但由于砼是集結(jié)型的復(fù)合材料，多相復(fù)合體系，分布復(fù)雜界面（骨料、氣泡、各種缺陷），因此其檢測的聲參量數(shù)據(jù)波動較大；加上灌注樁的砼受自密實(shí)、地質(zhì)條件及成樁工藝等影響，其聲參量的波動性就更大了，因此在實(shí)際測試的過程中完全不出現(xiàn)異常測點(diǎn)的可能性較小，因此不能機(jī)械地理解并執(zhí)行規(guī)范中樁身完整性的判定標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范對聲參量異常判斷均采用“可判斷”），否則工程上很難有Ⅰ類樁，也不符合樁的完整性分類的定義。因此上述理論異常點(diǎn)只是可疑缺陷點(diǎn)，可根據(jù)以下五個方面進(jìn)行綜合判定：
① 異常點(diǎn)的實(shí)測聲速與正常砼聲速的偏離程度；
② 異常點(diǎn)的實(shí)測幅度與同一剖面內(nèi)正常砼幅度的偏離程度；
③ 異常點(diǎn)的波形與正常砼的波形相比的畸變程度；
④ 異常點(diǎn)的分布范圍及其他剖面異常點(diǎn)的分布情況；
⑤ 樁的類型（摩擦型或端承型）、地質(zhì)情況及成樁工藝。樁的類型及地質(zhì)情況決定了樁身砼的壓應(yīng)力及彎矩大小隨深度的變化規(guī)律，因此相同大小及程度的缺陷在樁身不同深度對該樁是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的影響程度差別較大，應(yīng)適當(dāng)加以區(qū)分。
4 工程檢測實(shí)例及其分析
浦南高速公路某橋2l-1樁為鉆孔灌注摩擦樁，設(shè)計(jì)樁徑1.5m，設(shè)計(jì)樁長49.5m，預(yù)埋4根聲測管，采用超聲波法平測法測試，測點(diǎn)間距0.25m。其中1-2、1-3、1-4剖面在13.2～14m處同時(shí)出現(xiàn)聲參量異常（如圖1所示），異常范圍的波速比平均波速下降15%，幅度比平均幅度下降30dB，而其他剖面在此位置無明顯異常，初步判斷該樁在13～14m處存在異常（缺陷），且缺陷區(qū)在1號聲測管所在的方位，但無法判定缺陷范圍，進(jìn)而將其歸入Ⅱ類還是Ⅲ類樁。為確定缺陷的嚴(yán)重程度和范圍，在1-2、1-3、1-4剖面，從9～19m的范圍內(nèi)，分別作收、發(fā)換能器約45°傾斜的雙向斜測，測點(diǎn)間距為10cm，斜測結(jié)果如圖2所示。通過每一剖面、每一方向斜測的數(shù)據(jù)，確定其斜測的各個聲參量異常的測線，各剖面的異常測線的包絡(luò)范圍如圖上陰影部分所示，可以看出1-3、1-2、1-4剖面的徑向缺陷尺寸依次增大，且1-3、1-2剖面未超過1/2測距，因此該缺陷是靠近1號聲測管方向的縮徑類缺陷；從缺陷范圍上看，縱向尺寸在0.8m左右，徑向尺寸小于樁徑的1/4；從缺陷區(qū)聲參量及波形上看聲參量幅度不太大，且波形基本完整。因此將此缺陷判定為輕微缺陷，該樁判為Ⅱ類樁。
圖1 聲測曲線圖
圖2 斜測結(jié)果示意圖
5 檢測中應(yīng)注意的若干問題
（1） 樁身砼齡期的影響。
某橋13-2樁檢測中，由于工期緊，灌注后第5天即進(jìn)行檢測。檢測發(fā)現(xiàn)接收信號相當(dāng)微弱，波形衰減嚴(yán)重，全部測點(diǎn)普遍存在這種情況，初步分析是齡期的問題。灌注后第10天再次檢測，信號及波形良好，判定為完整無缺陷樁?？梢婟g期對聲測結(jié)果影響之大，建議檢測時(shí)間不低于14天齡期。
（2） 超聲波法與鉆孔取芯法相互應(yīng)證，綜合應(yīng)用。
某橋5-2樁設(shè)計(jì)樁徑為1.5m，預(yù)埋3根聲測管。超聲波檢測發(fā)現(xiàn)樁頂以下3.5m處砼嚴(yán)重夾砂。用鉆孔取芯法驗(yàn)證時(shí)，卻反映為完整樁。開挖檢查證實(shí)超聲波法結(jié)果正確，缺陷部位正好處于流砂層，2根聲測管被流砂包裹住，所以聲測結(jié)果顯示的缺陷截面有點(diǎn)偏大。而鉆孔部位靠近樁的中心，避開了缺陷范圍，沒有反映樁身真實(shí)情況。因此鉆芯取樣位置應(yīng)盡量選擇在聲測過程中發(fā)現(xiàn)問題的界面附近。超聲檢測中發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)不能盲目定性，必須結(jié)合地質(zhì)及相關(guān)資料，綜合不同的檢測方法合理判定基樁質(zhì)量。
（3） 聲測管問題。
聲測管是進(jìn)行聲測時(shí)換能器進(jìn)入樁體的通道。它是灌注樁超聲脈沖檢測系統(tǒng)的重要組成部分，其在樁內(nèi)的預(yù)埋方式及在樁橫截面上的布置形式將直接影響檢測結(jié)果。因此，應(yīng)將聲測管的布置和埋置方式標(biāo)入檢測樁的設(shè)計(jì)圖紙，聲測管的埋置數(shù)量及在樁橫截面上的布局應(yīng)考慮檢測的控制面積。
在實(shí)測中常遇到聲測管堵塞或卡住探頭的情況，這是由聲測管安裝不當(dāng)造成的。聲測管一般隨鋼筋籠分段安裝，每段之間的接頭可采用反螺紋套筒接口或套管焊接，保證在較高的靜水壓力下不漏漿，接口內(nèi)壁保持平整，安裝完后封閉管口。聲測管安裝不平行也是常見問題，由于在施工中鋼筋籠容易出現(xiàn)扭曲變形而導(dǎo)致聲測管位移甚大，因而導(dǎo)致檢測的聲時(shí)值、均方差、離散系數(shù)、平均聲速等產(chǎn)生偏離，可采用PSD法判斷來消除這些非缺陷因素的影響。聲測管中的渾濁水將明顯甚至嚴(yán)重加大聲波衰減和延長傳播時(shí)間，給聲波檢測帶來誤差。因此，檢測前應(yīng)沖洗檢測管并灌滿清水作為耦合劑。
6 超聲波法在實(shí)際工作中有待探討和改進(jìn)的地方：
（1） 應(yīng)用聲速推定樁身砼強(qiáng)度的爭論也廣泛存在，各種方法也在嘗試之中；采用聚類分析、統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)等數(shù)理統(tǒng)計(jì)判定樁的完整性，施工質(zhì)量越好的樁，判得越嚴(yán)；
（2） 進(jìn)一步發(fā)展運(yùn)用聲測管或鉆芯孔處理樁身缺陷的技術(shù)，提高補(bǔ)強(qiáng)加固處理樁身缺陷的可靠性，使基樁的超聲波法檢測更為經(jīng)濟(jì)可靠。
