浅谈超声波在桩基检测中的应用

朱宗月

[摘要]桩基，是一个工程的地下结构之一，因为位于地下，所以检测具有一定的难度，必须使用一些现代化的、专业的仪器和设备才能进行检测工作。目前，超声波法是检测桩基使用频率最多的方法之一，其检测准确率较高，应用较为广泛。本文试对超声波法的工作原理进行了系统概述，并就其在桩基检测中的工程中的应用进行了相关研究。

[关键词]超声波；桩基；检测；应用

1引言

近些年来，各类超声波测试技术发展迅猛，作为弹性波测试方法之一，超声波透射法的发展尤为突出。随着我国桩基工程的施工技术的不断成熟和完善，桩基础在工程中的应用越来越广泛，超声波透射法检测技术也越成熟，在今后的桩基检测中将会得到更广泛的应用。

2超声波检测技术及方法

声波透射法检测混凝土的工作原理是经发射换能器向诸如混凝土的固体介质发射超声波，超声波在混凝土中的传播过程中经过物理特性调制，再经接收换能器接收超声波，声波仪接受到超声波信号，再经过分析研究，来确定混凝土内部缺陷的位置、大小和性质。混凝土是一种多相非均匀的复杂的多孔结构，其内部有许多不同声阻抗的声学界面，超声波在混凝土中的传播过程中会出现众多复杂的声学现象，比如反射、折射、散射、波形发生畸变或多种现象杂揉在一起。用声波透射法检测混凝土质量情况时，通过观察和分析超声仪器中的声学参数：声速、波幅、频率等，来判断混凝土的质量情况。

现场检测示意图

（1）将各声测管内注满清水，发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两根声测管中，如图1所示。

（2）平测时，声波发射与接收声波换能器始终保持相同深度，斜测时，声波发射与接收换能器始终保持固定高差，且两个换能器中点连接的水平夹角不应大于30°。

（3）声波发射与接收换能器从桩底向上同步提升，声测线间距不应大于100mm；提升过程中，应校核换能器的深度和校正换能器的高差，并确保测试波形的稳定性，提升速度不宜大于0.5m/s。

（4）通过发出和接收声波信号，可以检测出两跨孔间介质的声时参数，当发现读数异常时，加密测点间距进行详测。声测管编号以正北方向顺时针开始第一根管为A，如图2所示。

3工程实例分析

某試验段主要工程量：路基开挖土方161.1万方，填筑土方235万方；防护工程3.54万方，排水工程2.09万方；互通式立交2处，特大桥2117m/3座，大桥1288.5m/6座，中桥479m/6座，天桥522m/6座，桥式通道175m/7道，盖板暗涵13道，通道涵18道。

本工作任务主要是试桩9#桩：设计桩径：2.5m：设计桩长：76m进行超声波检测，综合利用声速判断法、CT成像、钻芯取样分别确定桩体完整性、缺陷发生位置及质量类别。

3.1超声波检测

3.2超声波CT成像

图4中上部5米，由于部分声测管水量减少，导致桩头数据异常。在20米附件有部分小缺陷残留，由于缺陷较小，桩直径大，跨距大。此类小缺陷，在声测波形中表现并不明显。

从图5CT成像图可以看出，在34米附近整桩有明显的声速变化。在40-50m处无明显异常。

从图6CT成像图可以看出，50-60m间和60-76m间桩基无明显异常。

3.3钻芯检测

3.4波形、芯样对比分析说明

（1）超声波、超声波CT成像集中表现，在34米附件有层状缺陷（靠近34面较轻微）。同时对比取芯芯样，在34米附件完整。分析说明：大直径灌注桩，取芯芯样并不一定可以完全代表桩身内部的情况，受取芯数量的影响。最终判断此桩在33.8m～34.2m缺陷严重。后分析原因，造成这个情况是由于施工方在施工过程中，清孔不彻底，沉渣过厚，在灌注到此深度时未能连续，长时间停顿造成。

（2）通过对在2、3号管之间的钻芯孔的芯样的观察，在21m～23m之间桩身存在严重离析。对比发现，传统的超声波检测波形，在此处并未发现明显变化。然而通过运用超声波CT对整桩的成像分析，我们可以发现，在次深度桩身确实有部分异常区域，但也只是局部缺陷。对桩身整体使用影响有限。分析说明：基于超声波的原理，随着桩身直径、跨距的增大，超声波波形，对局部小缺陷的反应灵敏度下降，所以在传图超声波波形上，没有明显异常。针对在21m-23m之间桩身存在严重离析情况，通过现场对施工技术人员和监理人员提供的信息分析，该部位应该存在裂隙，导致混凝土浆液流失，造成混凝土离析。

4结论

该试验桩9#为Ⅲ类桩，桩身在33.4m-34.2m范围内有缺陷。

5意见及建议

在后期的施工过程中应注意以下几点。

（1）加大对成孔质量的把控，关注孔径及倾斜度是否合格。

（2）加强成孔护壁厚度，确保不踏孔。

（3）声测管在钢筋笼上的固定要好，控制声测管接缝处的质量，规范操作。

（4）在施工过程中，尤其是大直径桩，可根据实际情况，灵活调节灌注混凝土速度，从而保证灌注的连续性。