超声波反射监测钻孔工艺探究剖析
超声波反射监测钻孔工艺探究剖析随着交通建设的迅速发展，目前很多桥梁的基础工程采用大直径钻孔灌注桩的形式。因施工工艺采用水下钻孔和水下灌注混凝土，在施工中常遇到地下水渗流、流砂 层、淤泥层等引起塌孔和缩孔，以及混凝土灌注过程中出现停顿、拔管过快或导管拔空等原因，使桩容易产生离析、夹泥、断桩、缩径、疏松不密实等桩身缺陷。为 确保钻孔灌注桩的施工质量，当桩直径过大(>08m)或桩的长径比(L/D>30)时，通常采用预埋管超声波透射法检测桩身混凝土质量。
预埋管超声波透射法具有仪器轻便、抗干扰能力强、观测准确度高、结果直观可靠的优点，可以通过探头在桩身中上下移动测试，详细查明桩内部缺陷、深度位置、范围大小、严重程度等。因此，用超声波透射法检测大直径超长桩是最可靠的方法之一。
1超声波透射法的基本原理
由超声脉冲发射源在混凝土内发高频弹性脉冲波，用高精度接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特征。当混凝土内部存在不连续或破损界面 时，缺陷面形成波阻抗界面，波达到该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低;当混凝土内部存在松散、蜂窝孔洞等缺陷时，将产生波的散射 和绕射，根据波的初始到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特征，可获取测得范围内混凝土的声学参数。测试记录不同测试剖面、不同高度上 的超声波的特征，经过处理分析就能获得测试区内混凝土的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。
2超声波透射法的现场检测步骤
1)连接所有仪器设备，检查电源供电情况。
2)根据桩径大小选择合适的换能器和仪器参数，当采用自动检测系统时，在同批桩的检测过程中不得随意改变仪器参数。当采用手动方法检测时，在检测过程中若需改变参数时，必须换算校正数据。
3)测量整个检测系统的声时初读数。
4)将接收和发射换能器分别置于2个声测孔的底部，从底部开始向上提升逐点检测，如果采用自动检测系统，则将换能器升降绞车安置于声测管轴线上，使换能 器顺利升降，显示深度的数字相应的变化，深度、声时及波幅等数据由接口电路同时输入微机，每测完一个剖面的数据，应及时存盘。如果采用手动方法，则应保证 换能器在声测管中顺利升降，相应深度应标明在电缆线上，并同时记录深度、声时及波幅等数据。
3桩身质量的判别依据及桩身完整性评价
3.1判别依据
目前，已被用于灌注桩混凝土内部缺陷判断的物理参量有声速、波幅、主频和波形等。
1)由超声脉冲穿过混凝土所需的初至时间计算得到声速。实测经验表明：声速的变化规律性很强，在一定程度上反映了桩身混凝土的质量，所以，声速值是缺陷的重要判断参数。
声速异常时的临界判据为：vivc(1)式中：vi为第i测点声速(km/s);vc为声速的异常判断临界值(km/s)。当式(1)成立时，该点声速可判为异常。
当检测剖面所有的测点声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据：vivL(2)式中：vi为第i测点声速(km/s);vL为声速低限值 (km/s).由预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果结合本地区实际经验确定。当式(2)成立时，可直接判定该点为声速低于低限值异常。
2)波幅是超声脉冲穿过混凝土后衰减程度的指标之一。波幅值越低，混凝土对超声脉冲的衰减越大。幅值可直接在接收波上观察。衰减与混凝土质量具有相关性，它对缺陷区的反映比声速值更为敏感。所以，它也是缺陷判断的重要参数之一。
波幅异常时的临界值判据应按下列公式计算：Am=1ni=1Api(3)Api
对于由声时、波幅衰减确定的异常区，结合PSD曲线进行综合分析。PSD按下式计算：PSD=Kt=ti-ti-1Hi-Hi-1，(ti-ti- 1)=(ti-ti-1)2Hi-Hi-1(5)由PSD公式可知，该判据对声时具有指数放大作用。因此，缺陷区PSD值较声时反映明显，而且运用PSD 判据基本上消除了声测管不平行或混凝土不均匀等因素所造成的声时变化对缺陷判断的影响。
但如果声时读数有错误，那么PSD会将错误数据进行放大，造成误判。
3.2桩身完整性评价
1) 类桩：全桩长各检测剖面各测点声学参数均无超临界值异常，波形规则，声速较高，为完整桩。
典型曲线所示。
2) 类桩：某一检测剖面个别测点声学参数轻微超临界值异常，个别点波形有轻微波动，声速降低，缺陷的截面分布不超过桩的总横截面的30，为基本完整桩。典型曲线如所示。
3) 类桩：某一检测剖面连续多个测点或2个以上检测剖面个别测点声学参数明显超临界值异常，个别点波形有明显波动，声速降低，缺陷的截面分布不超过桩的总横截面的50，为局部不完整桩。
典型曲线所示。
4) 类桩：波形不规则，2个以上检测剖面连续多个测点声学参数严重超临界值异常，缺陷的截面分布超过桩的总横截面的50，为严重不完整桩。典型曲线所示。
桩身完整性判定与分类，还跟很多复杂的因素有关，判定时，应结合地质条件、施工工艺和施工记录等有关资料具体分析，必要时可钻芯取样，结合桩身混凝土各 声学参数临界值、PSD判据、混凝土声速低限值以及桩身质量可疑点加密测试后确定的缺陷范围，按桩身完整性分类的规定(规范表3.5.1)和检测剖面的声 学参数的特征(规范表10.4.7)进行综合判定。
4结语
通过大量的现场测试，超声波透射法以其快速、准确和直观等特点显示其优势，并能进行现场分析处理和重复性测试，具有很高的使用价值。因此该方法在高速公路基桩检测中被广泛应用。
