声波透射法桩身完整性检测分类标准定量化初探

董承全，李晋平，熊昌盛，孟军涛

(中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

声波透射法检测桩身完整性在我国应用比较广泛。铁路、公路、建工等部门相继颁佈了行业标准［1-3］，对桩身完整性基本统一划分为四类，但各类标准的划分均仍处于定性划分阶段。实践中，检测人员多感人为因素较大，实际操作困难。为客观、准确评价工程质量，本文就如何进行桩身完整性评价定量化作一初步探讨。

1 超声波透射法检测桩身完整性PSD值计算分析

文献[1]表5.4.5给出了声波透射法桩身完整性判定方法及波形特征与完整性类别对应关系，但未给出定量标准，实践中检测人员难于把握尺度。为探索完整性定量判定标准，现根据桩身完整性类别划分的概念，将桩身缺陷面积与桩身截面面积之比定义为桩的损伤系数η，桩身损伤系数η为0表示桩身完整，η为1表示桩身完全断裂。损伤系数η与完整性类别关系见表1。利用表1中η值与桩身完整性类别关系计算出各种桩径中各类别桩所对应的缺陷直径DQ及缺陷半径R(R=DQ/2)如表2。采用波传播射线法和波的绕射法分别计算出Ⅰ、Ⅱ类桩和Ⅲ、Ⅳ类桩PSD参考值 Ki。

假定缺陷为空洞(如图1)，如果缺陷是半径为 R的空洞，以ti－1代表声波在正常混凝土中直线传播时的声时值，ti代表声波遇到空洞时绕过缺陷呈射线状传播时的声时值。

表1 桩质量类别与损伤系数η的关系

表2 缺陷空洞直径D m

图1 声波呈射线状传播示意

根据PSD法定义有

式中

将(2)式和(3)式代入(1)式则有

式中，l为声波行程，v1为正常混凝土波速，Δz为探头移动步距。

(4)式只有当R<Δz时成立;当缺陷严重，R>Δz时，(4)式不成立，此时还应考虑波绕射，如图2所示。

图2 声波沿缺陷边缘绕射示意

由图1图2，根据不同桩径，不同混凝土强度等级、不同测试步距、不同的完整性类别，计算得出PSD参考值Ki如表3。

PSD参考值 Ki值计算参考波速 v1对于 C20为3 600 m/s，C25为3 900 m/s，C30 为4 200 m/s。计算所用声波行程l是以2孔剖面为典型测试剖面计算的，由于2孔剖面时l大于或等于多孔剖面(3孔以上)声波行程 l，故 Ki值是偏安全的。表3所示 PSD参考值Ki是根据某一检测剖面某一时刻通过缺陷最大直径处时声时值经计算得到的。因此，当某一检测剖面某一深度测点达到某临界值时，就可判桩为某类桩。由于缺陷位置分布是随机的，测线不一定通过缺陷最大直径处，判定时须考虑多剖面同一断面出现缺陷的情况，并加密平测或斜测，以确定缺陷大小和范围。

2 应用实例

2.1 实例1

某长江大桥11#墩1#桩，桩长为23.34 m，桩直径φ2.0 m，混凝土设计强度等级C25。声波检测发现桩身11 m处的 PSD值为8 μs2/cm，由完整性类别与PSD参考值Ki对照表知，该值低于Ⅰ类桩上限值10 μs2/cm，且其它声参量无异常，判为Ⅰ类桩。与按文献[1]桩身完整性判定表判定结果吻合。

2.2 实例2

表3 完整性类别与PSD参考值Ki对照 μs2/cm

某长江大桥 1#墩 3#桩，桩长 15.29 m，桩直径φ2.0 m，混凝土设计强度等级 C25。移动步距25 cm。声波检测发现桩身8 m处PSD值为29 μs2/cm，查完整性类别与PSD参考值Ki对照表(表3)，对应的PSD参考值为10

2.3 实例3

某隧道出口9#抗滑桩，桩长19 m，桩截面1.75 m×1.75 m，混凝土设计强度等级C20，移动步距25 cm。声波检测发现桩身15 m处PSD值为260 μs2/cm，按上述方法查完整性类别与 PSD参考值Ki对照表，查φ2.0 m，对应 PSD参考值为82

3 结语

1)由计算结果可看出，PSD参考值与缺陷大小、强度等级、桩直径、移动步距有关，强度等级越高，PSD参考值越小，桩直径越小，PSD参考值越小。

2)根据计算结果结合工程实践，对于Ⅱ类桩，当测点移动步距为25 cm时，φ1.0、φ1.5桩径，PSD参考值上限以 61 μs2/cm 为宜，φ2.0、φ2.5桩径，PSD参考值上限以87 μs2/cm为宜。对于Ⅲ类桩，φ1.0、φ1.5桩径，PSD参考值上限以 121 μs2/cm为宜，φ2.0、φ2.5桩径，PSD 参考值上限以 275 μs2/cm 为宜。对于Ⅳ类桩，凡PSD参考值Ki大于表3中Ⅲ类桩上限者为Ⅳ类桩。对于Ⅰ类桩，Ki理论上为零，现场实际操作过程中由于仪器和环境噪声干扰，实际上很难实现，建议以10 μs2/cm为判据。不同桩径，不同强度等级的PSD值可由表3查得。实际应用证明该法可行，可供类似工程检测时参考。

3)由于影响声波透射法PSD值定量判定的因素较多，实际工作中需结合声速声幅特征综合考虑，必要时结合钻芯法，静载法进行综合判定，并不断积累经验，以提高分析判定的准确性。

致谢:本文编写过程中得到徐慧研究员的指导与帮助，在此谨致谢意!

[1] 中华人民共和国铁道部.TB 10218—2008 铁路基桩检测技术规程［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

[2] 中华人民共和国铁道部.TB 10218—99 铁路工程基桩无损检测规程［S］.北京:中国铁道出版社，1999.

[3] 中华人民共和国建设部.JGJ 106—2003 建筑基桩检测技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

[4] 陈凡.基桩质量检测技术［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

[5] 董承全，张佰战，胡在良，等.桩身完整性不同检测方法的对比试验［J］.铁道建筑，2009(12):75-77.