声波透射法在桩基质量检测中的应用

冯高峰 张海峰 岳元元

安阳市建筑设计研究院

声波透射法在桩基质量检测中的应用

冯高峰 张海峰 岳元元

安阳市建筑设计研究院

桩基检测包括桩基承载力和桩身完整性检测。桩基承载力的大小直接决定桩基能否承受并传递上部荷载。完整性检测是为了发现某些可能影响桩基承载力的缺陷，确保桩基的耐久性，为减少安全隐患、可靠判定桩基承载力服务。因此，桩身完整性检测十分必要。目前，我国桩身完整性检测以无损检测为主，其中声波透射法检测因具有范围覆盖广，信息量丰富，结果准确可靠，以及现场操作简单，不受桩长和桩身限制等特点，而得到广泛使用。本文以钻孔灌注桩桩基检测为例，来浅析声波透射法。

声波透射法；桩基质量检测；应用

混凝土灌注桩基属于隐蔽性工程，通常无法从外观上可以看到桩基质量的好坏。由于施工现场环境或者施工管理等因素的影响，成型后的桩基桩身可能存在缩颈、夹泥、孔洞等多重有害缺陷。据统计，在混凝土灌注桩基施工过程中出现质量缺陷的概率甚至高达20%以上，这在很大程度上影响了桩身的完整性和单桩的承载能力，严重影响着工程建设进度和结构物的安全。因此，混凝土灌注桩基的成桩质量检测己引起广泛关注，准确地发现桩基中存在的隐患及危害，方便、快捷地对桩基的缺陷开展有效检测及判断，对工程项目建设的安全有序进行有着极为重要的意义。

1 声波透射法工作原理

桩基施工的过程中，混凝土内部存在的缺陷会形成波的阻抗，相较于正常状态的混凝土来说，缺陷部分混凝土波阻抗更低，超声波在桩基中传播的过程中，波阻抗界面即位缺陷界面，以人工方法发射超声波脉冲，脉冲在桩基内部缺陷部位或出现透射、反射和绕射现象，在波形上会有对应的显示，以波行分析为基础即可以检测判断出桩基完整性和缺陷情况。声波透射法应用的过程中，能够对声波经过桩基混凝土传播后的声学参数量值和变化情况进行分析和测定，从而对桩基混凝土质量情况进行判断，主要应用的声学参数有声速、波形、频率及波幅等，这些声学参数与桩基混凝土质量密不可分。

2 声波透射法应用的可行性分析

当桩基周围岩出现较大的阻碍时，桩基的反射信号难以得到良好的传导，从而大大地减弱了桩基的反射信号，严重的话将会抵消反射信号，这对桩基检测效果影响较大。与此同时，在桩基检测时，由于缺陷变异性变化不明显，因此很难在检测上展现出来。而对于声波透射法来说，能够详细地划分出不同区域的缺陷，较全面的掌握缺陷的位置、范围、程度，但由于埋管的限制，一般管底距离桩底10～15cm，其主要是针对桩身混凝土的完整性及缺陷程度进行分析，无法对桩底沉渣、桩底混凝土与持力层的接合情况进行判断，对于桩长较短的端承型桩桩底沉渣及持力层性状尤为重要。

3 声波透射法在桩基质量检测中的应用

3.1 测试前的准备工作

(1)被检桩的混凝土龄期大于14d；(2)声测管内灌满清水，且保持畅通；(3)调查、收集待检工程及受检桩的相关技术资料和施工记录，比如桩的类型、尺寸、标高、施工工艺、地质状况、设计参数、桩身混凝土参数、施工过程及异常情况记录等信息；(4)声测管处理浇注混凝土前，一定要仔细绑扎声测管，保持声测不发生变形和弯曲，浇注后，用橡皮塞堵住管口，以保证没有杂物落入管内，维持管内通畅。检测前，将声测管灌满水(作为声波传播的介质)。(5)用钢卷尺测量桩顶面各声测管之间外壁净距离，作为相应的两声测管组成的检测剖面各测点测距，测试误差小于1%；(6)换能器以及声波仪将换能器缓慢平稳地放入声测管内，并通过定滑轮将若干个换能器控制在同一标高，其累计相对高差不应大于20mm，并随时校正。并通过数据线将声波检测计数据仪、换能器电缆线和声波仪三者连接在一起。

3.2 数据采集

对于声时值和波幅值出现异常的部位，应采用水平加密、等差同步或扇形扫测等方法进行细测，结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严重程度。

3.3 数据分析处理与判定

(1)声速分析：声波的声速在桩基质量检测中数值较为稳定，这主要是因为声速的大小与介质的密度相关性大。由于桩基施工中采用相同的配合比来生产混凝土，所以桩基的整体密度相差不大。采用声速变化来对混凝土质量进行评价就不十分贴切，可以作为参考指标使用。

(2)波幅分析：当桩的内部出现缺陷(离析、疏松、夹泥等)，声波因穿过缺陷区，产生各种折射、反射以及绕行，不仅会导致波速下降，也会导致接收信号的波幅(波能量)下降。因此，声波波幅也是判断混凝土质量的重要因素。波幅判断依据：用波幅平均值减6dB作为波幅临界值，若实测波幅低于波幅临界值，其作为混凝土缺陷可疑区域。即

其中，AP是波幅临界值(dB)；Am是波幅平均值(dB)；Am是第i个测点相对波幅值(dB)。

(3)主频判据。声波经过混凝土之后会发生一系列的折射和反射作用，所以声波在到达接收器之后所接受到的主频会发生一定程度的漂移造成主频产生衰减，通过实测主频发生衰减的程度就能够对混凝土的质量做出较为准确的评价。通过声波透射法检测获得的主频的衰减程度越大，就表明该位置处的桩基混凝土质量越差。同波幅分析相类似，主频数据的在一定程度上会受到检测设备系统工作状态的影响，还会受到检测的桩长和声波耦合情况的影响。主频的变化也呈现正态分布的特征。另外主频数据的获取没有声速获取数据稳定，跟波幅数据分析对病害的反映相对较弱，在实际的桩基质量检测中主频数据变化只是作为波幅数据分析之外的一种辅助判断措施。

综上所述，声波透射法是我国建筑行业桩基检测中使用较为广泛的一种检测方法。面对这样一种极具生命力的新技术要做到仔细分析、透彻了解、正确使用。只有对声波透射法的使用原理、操作技术、使用方法以及该方法本身的缺陷进行深人了解，才能在实际操作过程中正确使用，充分发挥其在桩基检测中的作用，最终达到理想的效果。

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[2]陈显云.声波透射法在桩基检测中的应用[J].黑龙江交通科技，2015，(06)：140.

[3]段文旭.低应变法和声波透射法在桩基检测中的综合应用研究[D].成都理工大学，2014.