超声波透射法在桩基检测中的应用解析

何东晓

摘 要：桩基础作为建立在水下或者地下的一项隐蔽工程，其工程程序复杂、不确定因素颇多、施工难度大，在施工时易出现质量安全隐患。而基础质量的好坏与否，直接关系整个建筑工程的安危，因此，对建筑基桩完整性检测是一项重要的工作。建筑基桩检测的方法有很多，超声波透射法作为一种无损检测方法，具有操作方便、简单、快捷的特点，对基桩的灵敏度高，缺陷定位准确，速度也较其他方法快，应用广泛。文章对超声波透射法在桩基检测中的应用进行了分析。

关键词：超声波透射法；桩基检测；应用

超声波透射法就是通过声波的有效传输，透过桩基的结构建筑材料进行全面的传递，将声波传输中所形成的信息进行反馈，了解相关的信息内容。通过声波透射法的完成，能够了解到桩基建筑材料的坚韧程度以及稳定性能，这是利用声波具有频率以及速度等特点，能够在建筑材料中穿梭过程中，因为材料本身密度不同，要想对于材料结构有一个真实的呈现，需要通过在建筑结构中的震动回传后，就能够了解到建筑结构的效果并查看建筑材料的完好程度，以及内部材料的构成信息，不仅能够了解正常的建筑结构情况，同时也能够发现桩基结构中的存在问题。

一、超声波透射法概述

（一）测试方法。采用声波透射法检测桩基，是将超声波脉冲發射换能器、接收换能器放置于预先埋置在桩基内部的声测管中，通过在声测管中注入清水实现换能器与声测管的耦合，达到检测桩基的目的。采取发射换能器与接收换能器水平同步测量，分别采集各测点声时、波幅等物理量。

（二）检测原理。超声波在连续性较好的无缺陷混凝土中以直线进行传播，但由于混凝土中缺陷的存在，超声波在缺陷与正常混凝土的接触面上，产生反射、折射、绕射现象，超声波的能量显著衰减、频率明显降低、波频谱产生差异、波形畸变，接收到的声波参数如声时、振幅、主频率和波形会发生显著变化。通过分析波速、波幅、波形、主频率的变化，即可推定混凝土内部缺陷的性质、缺陷的位置及大小，进而达到对桩身混凝土总体均匀性的判断。

（三）检测参数。（1）声速。其测试值稳定性较好、具有一定重复性，不易受非缺陷因素影响，是判定砼质量的主要参数，但声速对缺陷的敏感度不及波幅。同时声速大小还能间接反映砼的强度高低，但由于影响砼超声波声速的因素较多，如水泥品种和品质、骨料品种和含量、砂率等，故声速仅作为对桩基砼强度估测的参考，不能作为强度检测的依据。（2）波幅。主要以接收波的波幅为研究对象，即波的第一个前半周期的波幅，也称首波波幅。一般情况下，发射波强度较稳定时，超声波在砼中传播的衰减情况可由波幅测值的变化直接反映，并且波幅遇到缺陷时突变明显，可作为声速判据的补充，也是综合判定的主要依据之一。不过波幅容易受仪器性能、换能器耦合情况、测距等非缺陷因素影响，故不可单凭波幅情况进行判别。（3）波形：波形即波的图像，波形作为评判砼质量的一个重要参数，对缺陷较敏感，尤其是前两个周期的波形情况，也是进行综合判定时的一个重要依据。但和波幅一样易受非缺陷因素影响，只能作为辅助参考。当PSD值在某测点处发生突变时，应结合该测点附近波幅的检测情况，对异常区域进行分析。（4）主频：主频的变化主要反应超声波在混凝土中遇到缺陷时衰减的情况，只能间接地反应混凝土的质量，因此主频也是判断混凝土质量的另一个重要参考参数。

二、超声波透射法的局限性和注意事项

（一）超声波透射法的局限性。声波透射法测试桩基主要是通过声测管内放置探测探头方式实现桩基完整性检测，声测管一般在钢筋笼的内侧，实际检测的范围是每2根声测管之间的混凝土质量，而声测管外侧就成为检测的盲区，在实际工程上，当桩基钢筋保护层厚度不足时，虽然对声学参数会有一定的影响，但这种缺陷往往测试不出来。同时也应该注意声测管本身存在的缺陷和声测管局部包泥或者异物包裹声测管使声测管与桩身混凝土不能直接接触耦合，造成声学参数异常，该种现象可以通过斜测和扇形扫测的方法予以解决。另外，在桩基检测前需要确定声测管内灌注的水为清水，因为如果水质浑浊，会导致混浊物下沉至管底，仪器探头处于泥质中，这样会造成接受声波的衰减，会对结果的评判产生一定的影响。另外，需要注意的是，声波透射法是一种无损检测方法，是通过间接的参数来推断实体质量，实际工作中难免会出现分析判断的不够全面、准确，所以对桩基结果的评判要结合工地现场的实际情况综合分析，出现疑似缺陷时要结合其他方法和技术手段进行验证。

（二）超声波透射法检测注意事项。（1）注重对声测管的保护。在施工中做好声测管的保护，防止声测管遭到破坏，否则会导致仪器探头卡住无法顺利放到桩底或砼、砂浆、土块等进入声测管造成堵管。施工和养护时都必须在声测管口加盖，一是防止异物落入造成堵管影响检测；二是杂质混入后会使换能器耦合出现问题，测试时波幅会因此出现异常，给整体分析带来干扰。（2）注重施工过程中的细节。施工中清孔不到位、砼供应不及时造成浇筑过程间断、浇灌过程中孔壁渗水甚至漏水等情况是造成桩基缺陷的主要原因，这些情况特别容易造成桩基出现桩底沉渣过厚、裂缝、桩身砼离析等情况，将严重影响桩基承载力。

三、超声波透射法检测桩身完整性

（一）建立关系曲线。使用超声波透射法检测桩身完整性的第一步是建立关系曲线。通常来说桩基础和桩身通常会处于地下或者是水下，因此导致了其施工程序繁琐并且技术要求较高，因此在对其使用超声波透析法时需要首先建立相应的关系曲线来对比规范并且在已有判据的基础上对桩身的质量进行有效的判定。根据模糊数学中的相关理论，在桩身的质量评价中，其混凝土的整体强度与超声波的波速之间通常会存在着一定的相关性，究其原因可以发现是因为混凝土的强度与弹性模量之间具有一定程度的相关性，即弹性模量越高时混凝土桩身的完整性往往也就越高，即通过这种相关性我们可以推导出其中的关系曲线。

（二）检测数据整理。在建立完关系曲线后工作人员应当注重对之前获得的检测数据进行整理，从而能够更好地将其带入关系曲线中。通常来说建筑工程的检测数据中，灌注桩各根声测管之间的实测值在大多数情况下一般分布在400～1100mm之间。除此之外，在桩身混凝土达到30天的龄期之后，工作人员应当在尽可能达到同一工作状态进行测试的要求下来测试同一剖面中的多点，对这些点尽可能的取离散性较小的数据的均值进行分析，从而能够更好地找出在不同管距下不同的波速和波幅的具体变化规律。举例来说，以380mm混凝土桩的超声波透射法检测结果中波速和波幅和波形的检测数据与参数通常会采用模糊的综合判定方法来进行综合判定，从而能够对桩身的完整性和整体质量以及强度进行更加有效的检测，并且确保检测结果的精确性与正确性。

（三）完整性计算。在检测数据整理完毕后，在通常情况下工作人员需要对数据进行完整性的计算。在计算的过程中需要注意由随机分布引起的计算误差。根据模糊数学中的相关理论，可以证实混凝土桩身的完整性超声波检测的质量波动是符合正态分布的。在这一过程中需要注意的是，虽然超声波的波速和混凝土桩身的强度之间具有一定程度的相关性，但是能够直接影响到波速的因素还有很多，因此在完整性计算的过程中可以发现其计算结果并不会完全的符合模糊数学中的正态分布。因此在这一前提下应当对桩身强度可靠度的计算，在计算方法上可以采用一次二阶矩法来进行完整性计算结果的验算，从而促进超声波透射法检测桩身完整性计算整体水平的有效提升。

四、结语

综上所述，通过超声波透射法的波形可以很直观地判断桩身是否存在缺陷及其所在大致位置。采用超声波透射法检测时，发现某一段的声参量异常时，可采用加密平测、或斜测、或扇形扫测的方法，检测出缺陷所在的详细部位，并根据波形判定缺陷的性质。在许多建筑工程中超声波透析法都得到了越来越广泛的应用。

参考文献

[1] JGJ 106-2014，建筑桩基检测技术规范[S].

[2] 杨晓强.某桥梁工程基桩超声波透射法检测研究[J].山西建筑，2011（32）.

[3] 吴波.超声波透射法在检测灌注桩桩身质量研究[D].上海：同济大学，2008.

[4] 杨永亮.超声波透射法在基桩完整性检测中的应用[D].武汉：武汉理工大学，2012.

[5] 张磊.超声波透射法与低应变反射波法在基桩检测中的对比研究[D].西安：长安大学，2012.