声测管施工及对基桩检测结果的影响

声测管施工及对基桩检测结果的影响

徐银鹏 江 帅 杜江宇 何 均

中建八局浙江建设有限公司 浙江 杭州 310000

摘要：本文主要围绕声测管的安装以及施工进行研究，阐述了声测管在安装施工中容易出现的问题，并对声波透射法检测结果的影响进行探究，希望对业内人人士带来一定的参考价值。

关键词：声测管；安装施工；声波透射法；基桩

引言：从原理上来看，声波透射法主要是利用了超声波在经过不同声阻抗的声学界面时会发生声学变化的特性。钻孔灌注桩虽然主要是由混凝土构成，但受混凝土自身密度的影响，其中也同样存在少量的空气和水，而混凝土桩的缺陷处则会聚集大量的水和空气，由于混凝土的声阻抗与水、空气的声阻抗相差较大。因此，一旦混凝土桩内部存在缺陷，那么就会形成多个具有不同声阻抗的声学界面。

由于声波透射法检测钻孔灌注桩完整性时检测精度高，不受桩长、桩径条件限制，测试无盲区，检测信号易分析，在钻孔灌注桩检测中应用越来越普及。特别是在公路工程、交通工程等领域，《公路工程基桩动测技术规程》JTG/TF81-01-2004明确要求使用声波透射法的检测数量不少于50％，对一些重要工程要求100％使用声波透射法进行基桩检测。但是由于一些施工单位对该方法的认识不是很明确，在施工过程中可能会出现一些问题，并可能影响对基桩的检测，造成工作的被动。本文从检测角度，详细介绍施工过程中声测管的安装方法及其对检测结果的影响，并提出了一些合理的意见和建议。

1 声测管安装

1.1基本要求

声测管是检测的重要通道，使用声波透射法检测基桩完整性时，需要根据桩径在桩内预埋一定数量的声测管。检测时，管内注满清水，把声波换能器（俗称探头）放到声测管内，由下向上逐个剖面进行检测。当声测管安装工艺较差时，可能造成漏浆、断裂、弯曲、下沉、堵塞、卡管等事故的发生，对用声波透射法检测基桩完整性的检测结果产生较大影响，甚至无法检测或判定基桩完整性类型。对声测管总的要求是：连接牢靠不脱开，密封良好不漏水，连接平整不打折，管间平行不弯曲，管内通畅无异物。

1.2声测管的埋置数量

根据桩径大小，一般埋设2～4根声测管，依据检测规范不同，对桩径的要求略有区别。目前常用的检测技术规范主要有：《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003（以下简称《建筑规范》）、《公路工程基桩动测技术规程》JTG/TF81-01-2004（以下简称《公路规范》），《超声法检测混凝土内部缺陷技术规程》CECS21：2000（以下简称《测缺规程》），这3本规范对桩径的要求如表1所示。

1.3声测管材质选择

声测管材料要有足够的机械强度，保证在灌注混凝土过程中不变形，且与混凝土粘结良好，不致在声测管和混凝土间产生裂缝，影响测试。因此最好选用钢管。当桩长在15m以下时，为了节省材料，降低成本，有的规范也允许采用PVC管、塑料管或金属波纹管。

1.4声测管的尺寸

目前常用的换能器均为30～60kHz圆管式径向换能器，其直径一般在30mm左右或更小。规范规定声测管内径比换能器直径大10～20mm，因此，一般选用40号钢管（外径48mm，内径42mm）或50号钢管（外径60mm，内径54mm）。

1.5声测管的连接

由于常用的钢管均是6m一段，需要将一段段钢管连接起来。对连接的要求是：有足够的强度，保证声测管不致受力弯曲脱开；连接应有足够的水密性，保证在孔内水压下不漏水。连接方式主要有套筒连接、螺纹连接、对接焊连接，最常用的方式是套筒连接，效果比较好。图1声测管外加钢套管连接方式套筒连接如图1所示，选1段长80mm左右的钢套筒，套筒内径略大于声测管外径，将2根声测管套起来，用电焊将套筒与声测管上下两端焊接起来。既要保证焊接不漏水，又不要将声测管焊通，阻塞换能器的上下移动。

1.6声测管的安装固定

声测管预先固定在钢筋笼内。用点焊或铁丝绑扎的方法固定在架立筋（竖向钢筋）内侧，也可以采用U形钢筋环焊接在架立筋上的方式。铁丝绑扎的间距≤2m。为了保证声测管相互平行，可以在声测管间点焊三角形钢筋架支撑。声测管一直埋到桩底。底部要封死，上部要加盖，防止进入泥浆或异物。

2 声测管对基桩检测的影响

2.1桩底声测管弯曲

在钢筋笼的吊装过程中，钢筋笼的底部拖动时，如果绑扎不牢，声测管容易发生弯曲变形，声测管间距变小。有时桩底钢筋笼直径变小，为了保证声测管的平直，声测管就要穿到钢筋笼外侧，而不是把声测管掰弯放到钢筋笼内。如果不采取加固措施，很容易使声测管压弯或打折，甚至折断。当声测管超出钢筋笼底1～2m（设计桩底有一段素混凝土）时，也存在类似情况。如图2所示，桩长18.0m左右，埋设3根声测管，3个检测剖面中，—16.0～—18.0m区段声速曲线均明显向右（高声速方向）翘起，声速异常偏高，其它区域曲线基本正常。推断桩底声测管弯曲变形，间距变小，计算的波速异常偏高。由于桩底是缺陷易发生部位，根据此类曲线很难判定桩底是否存在缺陷，很可能发生漏误，给工程留下安全隐患。

图2声测管底部弯曲时检测剖面

2.2桩身声测管弯曲变形

声测管绑扎不牢或绑扎间距过大，在浇筑混凝土过程中，声测管受混凝土挤压发生弯曲变形，管间距离变大或变小，直接影响检测结果的分析判定，甚至无法给出桩身完整性类别。如图3所示，桩长18∙0m，埋设3根声测管。从图3可以看出，Ⅰ、Ⅲ剖面深度曲线基本正常，Ⅱ剖面中上部的声速曲线向上弯曲，声速严重异常。推定是声测管受挤压变形，互相靠近，导致计算声速严重异常。根据深度曲线也很难划定该桩的完整性类别，只能采取其它方法补充检测。声测管的弯曲还导致声速异常值判定区间太大，易造成漏判。

2.3钢套管影响

声测管的连接一般采取外套钢管方式进行。钢套管直径不宜太大，一般比声测管略大即可，焊接起来比较容易，封闭性也比较好。钢套管也不能太长，一般80mm左右，对检测结果几乎无影响。钢套管的作用仅仅是把两段声测管连接成来，并没有什么特殊的工艺要求如图4所示，某工程所有基桩均埋设3根声测管，检测后发现部分桩存在严重信号异常，且1根桩上3个检测剖面均有多处缺陷（图4中—5∙6m和—11∙6m处），从信号上分析是严重断桩。

由于多根桩在同一位置附近都存在类似的信号，且一根桩上异常信号的高度约6.0m左右，缺陷区域高度约0.6～0.8m。在进行了深入调研后发现，施工单位使用的钢套管长度约80cm。分析形成异常信号的原因是钢套管的影响。由于钢套管较长，焊接质量很好，密封在内部的部分空气不能排出，声波信号要绕行很长距离或穿过空气层后才能被接收到，造成声波信号的严重异常。为了验证分析结果，在其中的2根有典型代表性的桩上进行钻芯验证，结果表明，桩身混凝土完整无异常。

2.4对零声

时根的据影钻响芯结果，此类桩判定为二类桩。声波透射法检测中零声时由三部分组成：①系统延迟t₀₁；②声测管壁中延迟t₀₂；③耦合水层延迟t₀₃。t₀₁与系统有关，可以直接由仪器测定；t₀₂一般约1μs，对测试结果影响不大；t₀₃受声测管和换能器直径的影响，变化很大，对测试结果会有较大影响，不能忽略。

结语：

声测管是声波透射法基桩完整性检测的重要通道，如果埋设不好，就达不到检测基桩质量的目的，可能影响工程的整体进度。因此，在预埋声测管时，应注意埋设的质量，以便于质量检测工作的正常进行。

参考文献：

[1]付渝渝,鲁光银,朱自强,郭伟.声波透射法检测公路基桩完整性[J].中国科技信息,2019(07):86-87.

[2]万明.铁路工程基桩检测方法综述与展望[J].铁道勘察,2018,44(06):93-96.

[3]徐鸿飞.几种检测方法在基桩完整性检测中的应用[J].居舍,2018(29):30.

[4]李嘉琳.声波透射法在桥梁基桩完整性检测中的适应性分析[J].广东水利水电,2018(07):31-36.

[5]耿德林.声波透射法对混凝土桥梁基桩质量的检测及工程实例分析[J].四川建材,2017,43(08):125-127.