混凝土灌注桩超声检测概述由于灌注桩可做成大直径桩，以提高单桩承载力，又可以根据桩身内力状态分段配筋而且施工 时对周围建筑物影响较小，施工噪声也较小，因而使用较广但灌注桩在工地条件下，现场灌注成桩， 施工工艺较为复杂，影响灌注质量的因素较多，极易形成各种缺陷而影响桩身的完整性据统计，现 场灌注桩施工中桩身混凝土出现缺陷的概率约为15%—20%灌注桩的综合质量体现在以下三方面，即承载力、桩的完整性、桩的耐久性，其中承载力因 桩体较大用无损方法难以准确测量，而当地下无明显腐蚀性介质而且桩身完整时也未见有因耐久性破 坏的报导所以，完整性是混凝土灌注桩质量的主要指标所谓灌注桩的完整性是指桩身混凝土质量均匀，无全断面断裂及影响断面承载面积或导致钢筋外 露的明显缺陷混凝土灌注桩的完整性的超声检测方法作一简单介绍其基本技术依据是《基桩低应变动力检测规程》（JGJ/T93—95）、《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS 21:2000）以及大量研究资料超声脉冲法则是通过在桩内预埋的检测孔道，将超声换能器直接放人桩内部，逐点发射和接收超 声脉冲，通过接收信号的声时、波幅、波形等参数，逐点判断混凝土的质量，并分析缺陷向位置、性 质和大小。
超声脉冲法需预埋检测管，因此必须在设计或施工前即列入计划，增加了工程量，但由于 它比较直观，可靠，在一些重大工程及大直径灌注桩中得到广泛应用本章将详细论述超声脉冲法的 原理，检测方法和判断方法灌注桩的常见缺陷桩身混凝土中的缺陷与施工方法密切相关不同施工方法出现缺陷的类型以及不同类型的缺陷出 现的几率都不一样按混凝土的灌注方式而言，灌注桩可分为水下灌注和干孔灌注两类1. 水下灌注桩的常见缺陷（图1a ）为水下灌注的成桩过程示意图，混凝土通过导管注入，顶托封口混凝土或砂浆，排出孔中的水，逐渐灌满桩孔水下灌注施工时，可能出现的缺陷有以下几种（见图 1b））：1 ）.断桩（包括全断面夹泥或夹砂）这类缺陷多半因为导管提升时不慎冒口，新注入的混凝土压在封口砂浆及泥浆上，以及因机械故 障而停止灌注过久，提升导管时把已初凝的混凝土拉松，或继续施工时对表面未加清理等原因所致 断桩部位往往不是一个薄层，而是具有相当厚度的一个缺陷段，检测时不难发现断桩严重影响桩的承载能力，检测时不应漏检或误判断桩对承载力的影响程度与其出现的位置 有关，应按桩的受力状态分析，但断桩均应采取适当措施修理或加固2）.局部截面夹泥或颈缩这类缺陷一般是由于混凝土导管插入深度不适当，导致混凝土从导管流出往上顶托时，形成湍流 或翻腾，使孔壁剥落或坍塌，形成局部断面夹泥或周边环状夹泥。
局部截面夹泥或颈缩将影响桩的承载面积，同时由于钢筋外露而影响耐久性，对这类缺陷检测时 应仅可能检出其面积大小，以便核算桩的承载能力3) .分散性泥团及“蜂窝”状缺陷 其成因与孔壁因混凝土骚动而剥落有关外，还与混凝土离析及导管中被压人的气体无法完全排出 有关这类缺陷将影响混凝土的强度，若分散性泥团或气孔数量不多，影响面积不大，则对混凝土强度 的影响有限，可不予处理4) .集中性气孔 当导管埋人厚度较深，混凝土流动性不足时，间息倒人导管的混凝土会将导管中气体压人混凝土 中而无法排出，有时会形成较大的集中性气孔，将影响断面受力面积5) .桩底沉渣 在灌注前应彻底清孔，若清孔不净，则导致桩底沉渣对端承桩而言，桩底沉渣过厚会导致桩受力时沉降位移，因此，应进行桩底压浆处理6) .桩头混凝土低强区在混凝土灌注过程中，封口混凝土或砂浆与水接触，在顶托过程中会混入泥水，因而强度较低在桥梁桩中，桩顶低强区非但影响承载力，而且当河床变化时很容易被水流冲刷和腐蚀由于桩 顶一般均已露出地面，可用多种方法对混凝土强度进行检测，所以其检测值也可作为全桩混凝土强度 超声推算值的校验值2. 干孔灌注桩的常见缺陷图 2a) 为干孔灌注时的成桩过程示意图。
混凝土通过升降机或溜管送到浇筑面干孔灌注时可能 出现的常见缺陷有以下几种：1) .混凝土层状离析或断桩在地下水位较高的地区，常因地下水涌人孔中来不及抽干，浇人的混凝土被水冲刷或浸包，形成 层状离析，严重时砂石成层状堆积，水泥浆上浮，形成断桩2) .局部夹泥或“蜂窝”状缺陷 干孔灌注时常因孔壁护筒渗漏，涌人泥水而形成局部夹泥，或灌注时未予捣实，形成“蜂窝”状缺 陷3) .局部严重离析由于混凝土注入高度超过施工规定，往往形成石子滚到边缘的离析现象，此时，石子集中区易形 成“蜂窝”，而砂浆集中区因声速下降而被误判4) .桩底沉渣a)干孔灌注过程示意图；b)干孔灌注时可能形成的常见缺陷桩的完整性分类为了便于判断，《超声法检测混凝土缺陷规程》(CECS21:2000)将灌注桩的质量按其缺陷的多少及严重程度分为4类，分类方法见表1桩身完整性评价分类表 表1类 别缺陷特征完整性评定结果I无缺陷完整，合格TT局部小缺陷基本完整，合格ITI局部严重缺陷局部不完整，不合格，经工程处理后可使用IV断桩等严重缺陷严重不完整，不合格，报废或验证确定是否加固使用混凝土灌注桩超声检测的原理与方法混凝土灌注桩超声检测法是在桩内预埋若干根平行于桩的纵轴的声测管道，将超声探头通过声测 管直接伸人桩身混凝土内部进行逐点，逐段探测。
其基本原理与上部结构构件的超声探伤原理相同， 即根据超声脉冲穿越被测混凝土时传播时间、传播速度及能量的变化反映缺陷的存在，并估算混凝土 的抗压强度和质量均匀性但由于桩的混凝土灌注条件与上部结构的成型条件完全不同，尤其是水下 灌注时差异更大，混凝土的配合比、灌注后的离析程度、声测管的平行度等许多因素，都会严重影响 对缺陷的判断和对强度及均匀性的推算，因此，灌注桩的超声检测必须有一套适合其特点的方法和判 据，而不能完全延用上部结构检测的现有方法一、灌注桩超声检测法的检测方法和基本检测参量 灌柱桩的超声检测法检测方式通常采用双孔检测在桩内预埋两根以上的管道，把发射探头和接 收探头分别置于两根管道中（如图 3所示），检测时超声脉冲穿过两管道之间的混凝土这种检测方式的 实际有效范围，即为超声脉冲人发射探头到接收探头所穿过的范围随着两探头沿桩的纵轴方向同步 升降，使超声脉冲扫过桩的整个纵剖面，从而可得到各项声参数沿桩的纵剖面的变化数据由于实测 时是沿纵剖面逐点移动换能器、逐点测读各项声参数，测点间距一般采用20〜40cm,若遇到缺陷可疑 区，应加密测点为了避免水平断缝被漏测，可采用斜测方法，即两探头之间有一定高差，其水平测 角可取30。
〜40若采用自动提拉设备，测点距离可视提拉速度及数据采集速度而定双孔测量时，根据两探头相对高程的变化，可分为平测、斜测扇形扫测等方式，如图3 所示，在 检测时视实际需要灵活运用24-ta) b) c)图 3 双孔检测方式a）双孔平测；b）双孔斜测；c）扇形扫测1-声测管；2-超声检测仪；3-发射探头；4-小接收探头判断缺陷的基本物理参量:1、声时或声速即超声脉冲穿过混凝土所需的时间如果两声测管基本平行，则当混凝土质量 均匀、没有内部缺陷时，在各横截面所测得的声时值基本相同；但当存在缺陷时，由于缺陷区的泥、 水、空气等内含物的声速远小于完好混凝土的声速，所以穿越时间明显增大，而且当缺陷中物质的声 阻抗与混凝土的声阻抗不同时，界面透过率很小，根据惠更斯原理，声波将绕过缺陷继续传播，波线 呈折线状由于绕行声程比直达声程长，因此，声时值也相应增大可见，声时值是缺陷的重要判断 参数声时值可用仪器精确测量，通常以微秒( s )计为了使声时值沿桩的纵剖面的变化状况形象直观， 在检测中常把检测结果绘成“声时—深度”曲线超声脉冲传播单位声程所需要的声时即为声速因此，也可将声时值变换成声速值作为判断的依 据。
2、接收信号的幅值它是超声脉冲穿过混凝土后的衰减程度的指标之一接收波幅值越低，混 凝土对超声脉冲的衰减就越大根据混凝土中超声波衰减的原因可知，当混凝土中存在低强度区、离 析区以及存在夹泥、蜂窝等缺陷时，将产生吸收衰减和散射衰减，使接收波波幅明显下降，从而在缺 陷背后形成一个声阴影幅值可直接在接收波上观察测量，也可用仪器中的衰减器测量，测量时通常 以首波(即接收信号的前面半个或一个周期)的波幅为准，后继的波往往受其他叠加波的干扰，影响测 量结果幅值的测量受换能器与试体耦合条件的严重影响，在灌注桩检测中，换能器在声测管中通过 水进行耦合，一般比较稳定，但要注意使探头在管中处于居中位置，为此应在探头上安装定位器 幅值或衰减与混凝土质量紧密相关，它对缺陷区的反应比声时值更为敏感，所以它也是缺陷判断的重 要参数之一，是采用声阴影法进行缺陷区细测定位的基本依据3、接收频率超声脉冲是复频波，具有多种频率成分当它们穿过混凝土后，各频率成分的衰 减程度不同，高频部分比低频部分衰减严重，因而导致接收信号的主频率向低频端漂移其漂移的多少取决于衰减因素的严重程度所以，接收频率实质上是衰减值的一个表征量，当遇 到缺陷时，由于衰减严重，使接收频率降低。
接收频率的测量一般以首波第一个周期为准，可直接在接收波的示波图形上作简易测量近年来， 为了更准确地测量频率的变化规律，已采用频谱分析的方法它获得的频谱所包含的信息比采用简易 方法时接收波首波频率所带的信息更为丰富，更为准确在频域图上可准确地找到主频值，以及对应 主频的幅值，若有发射信号的频谱资料，则可准确给出主频向低频端的漂移值运用频谱分析时还应 注意采样速率及截取长度等对频谱分析结果的影响，以便使各测点间分析结果具有可比性4、接收波波形由于超声脉冲在缺陷界面的反射和折射，形成波线不同的波束，这些波束由于 传播路径不同，或由于界面上产生波型转换而形成横波等原因，使得到达接收换能器的时间不同，因 而使接收波成为许多同相位或不同相位波束的叠加波，导致波形畸变实践证明，当超声脉冲在传播 过程中遇到缺陷，其接收波形往往产生畸变所以，波形畸变可作为判断缺陷的参考依据必须指出，波形畸变的原因很多，某些非缺陷因素也会导致波形畸变，运用时应慎重分析目前 波形畸变尚无定量指标，而只是经验性的关于波形畸变后采取怎样的分析技术，还有待进一步研究判断灌注桩混凝土强度等级及均匀性的物理参量:目前用于桩内混凝土强度等级及均匀性评价的物理参量主要有声速、衰减以及由它们推定的强度 的统计参数。
1、声速混凝土声速与强度有良好的相关性，所以可以用声速值推定混凝土的强度等级但声 速与强度的相关性受许多因素的影响，例如不同配合比的混凝土往往有不同的 “声速—强度”相关公 式，所以，通常针对一定配合比和原材料条件的混凝土，并事先制成“声速—强度”校准曲线，或事先 通过试验求得两者的相关公式，在检测中作为推定强度的依据2、衰减值由于“声速—强度”相关关系受配合比等许多因素的影响，灌注水下混凝土时，如果 产生离析等现象，那么部分混凝土的实际配合比将与设计配合比有很大差别这时用一种相同的“声 速—强度”相关公式去推定强度误差往往较大为此，可采用“声速—衰减—强度”综合法该法可排 除离析的影响，因而可提高强度的推定精确度用于推定强度时，衰减值应准确测量，并应排除耦合 条件等因素的影响3、推定强度的统计参数为了评定桩的混凝土均匀性，以便评价施工质量，可将推定强度的平 均值、标准差和不低于设计强度等级的百分率分别求出，并参照《混凝土强度检测评定标准》 (CBJ107—87)进行评定二、灌注桩超声检测法的检测装置灌注桩超声检测法的检测装置主要由超声探头、超声仪、探头升降装置及桩内预埋的声测 管等。