超声波透射法在基桩检测中的应用

吴辉能

摘 要：对超声波透射法用于基桩检测的原理进行了总结，重点对其方法的应用作了介绍，提出了声测管的埋置与安装，最后简述了其在基桩检测中的分析处理。只有利用超声波透射法定性和定量指标，才能科学评价基桩质量，发现基桩缺陷，并为基桩消除安全隐患提供依据。

关键词：超声波透射法 基桩 检测 原理

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0035-02

基桩作为桥梁施工的隐蔽工程，在施工控制和发现问题方面较难，因此，基桩质量检测就显得尤为重要。基桩质量主要体现在桩身完整性和地基土对基桩的承载力两个部分，超声波透射法不但可以检测桩身的完整性，测出桩底沉渣的厚度，还可为地基土对桩能发挥承载力提供依据。

1 超声波透射法用于基桩检测的原理

超声波在混凝土中的传播遵循弹性波的传播规律，同时需要通过水和空气介质进行传播，但由于水和空气介质的剪切弹性模量为零，不能传递横波，因而超声波在基桩检测所用的为纵波分量。超声波检测时需要在基桩的两侧分别设置发射点和接收点，由发射点出去的声波会沿着多种路径传播，不同的路径传播的超声波到达接收点的时间会不相同，若基桩完整性好，超声波传递的路径则为发射探头与接收探头之间的直线距离，若基桩自身出现离析、断裂等问题时，会导致混凝土的连续性发生破坏，超声波传播路径将变得异常复杂。此外超声波在传播过程中遇到混凝土缺陷时，会在表面发生散射和反射，导致超声波的能量出现损失，而这样就使得接收点收到的信号频率和波幅降低，同时在超声波还会出现相互叠加，由于反射和折射后的超声波存在相位差和声程，因此会使得接收到的声波信号的波形出现畸变。

从以上分析中可以看出，当混凝土基桩存在缺陷时，接收点收到的超声波信号会发生波形畸变、振幅和波速减小、频率变化等特征。超声波透射法就是依据以上所述的声学特征，通过数据结果分析，判断基桩缺陷的范围和位置，进而对基桩的质量进行判定。

2 超声波透射法在基桩检测中的运用介绍

在利用超声波透射法进行基桩检测时，依据桩体中换能器通道布置方式的不同，可以分为以下3种检测方式。

2.1 桩内单孔透射法检测

在某些时候可用检测通道的数量会受到限制，甚至有时只有一个通道可用于检测，如混凝土钻芯取样后需要检测孔道周围混凝土的质量，这时就可采用单孔检测法进行补充检测。在某个孔中放置换能器，两个换能器之间使用隔声材料进行分隔，发射换能器所发射出的超声波通过耦合水进入到孔壁混凝土表层，表层滑行一段后会经过耦合水到达两个换能转换器上，进而获得各项所需要的声学参数。采用这种方式进行基桩检测时需使用信号分析技术，以尽可能地排除管中的干扰，但若孔道内设置了钢制套管，则不能采用此种方法。

2.2 桩外孔透射法检测

当基桩内没有可用的换能器通道或者基桩结构已经开始施工时，可以在桩边的土层中进行钻孔，以此作为检测通道，同时可将功率较大的平面换能器放置在桩顶面处，并在桩外孔中由上而下将接收换能器缓慢放下，这时由上而下沿桩身传播的超声波会将穿透桩与孔之间的土层，通过孔中耦合水进入接收换能器，进而获得每个超声波测点的声学参数，而依据声学参数的变化就可初步判定基桩的质量。但这种方法受超声波能量的限制，可测的基桩长度不大，一般情况下只能进行缩颈、断桩、夹层等的判定。

2.3 桩内跨孔透射法检测

采用桩内跨孔透射法要预先在基桩内埋设声测管，待管内注满水后将接收和发射换能器分别安置在声测管中，检测时由发射换能器所发出的超声波经过两管之间的混凝土而到达接收换能器，超声波在两换能器之间扫过的面积就是实际有效的检测面积。另外依据现场条件的不同，可以采取多种测试方法来获取声学参数，根据各种声学参数的变化即可对混凝土质量进行判定。

3 声测管的埋置与安装

在进行声测管埋设时需要根据基桩直径选择埋置方式。当基桩直径为0.6～1m时，可埋设两根管；当基桩直径为1.0～2.5m时，可按等边三角形埋设3根管；当基桩直径大于2.5m时，可按正方形埋设4根管，同时埋设的声测管要尽可能平行，但施工中不可避免地要发生位移，但应尽可能地控制。在声测管安装时，要将其固定在钢筋笼内侧，钢制声测管要每间隔2m设置一个固定点，并要将其焊接在架立筋上；PVC材质的声测管要每间隔1m设置一个固定点，需采用绑扎的方式固定在架立筋上，若安装部位没有钢筋笼，可采用钢筋支架进行固定。

4 超声波透射法在基桩检测中的分析处理

超声波透射法进行基桩检测所获得的声学参数主要有主频、波幅和声速，还需要对波形进行记录和观察，根据这些数据对基桩的质量进行判定。

4.1 声速临界值法

把同一剖面的声时值从大到小排序后，按下式计算：

式中，n为测点数；k为从零开始去掉的数据个数；Vm为（n-k）个数据的平均值；Sx为（n-k）个数据的标准差λ为与（n-k）相对应的系数；V0为异常判断值。当参与统计声速有≤V0数据，则去掉≤V0的数据，重新按上式计算，直到剩余的全部数据均大于V0时，V0可作为异常判断临界值VC，所有数据中≤VC的数据判定为异常。

4.2 概率法分析

基桩施工期间受到外界条件的干扰而出现的各种缺陷，可以被认为失误差而导致缺陷的出现，而由于缺陷处的混凝土质量会偏离正常的正态分布，因此所获得的超声波声学参数也会出现与正态分布偏离的情况，为此根据所获得的声学参数异常值可判定基桩缺陷区的位置。

4.3 声阴影重叠法分析

当超声波通过基桩缺陷区时，缺陷背面的声波强度将降低，并会出现声辐射阴影区，在该区域内接收到的声波幅度降低、声时变大、波形出现畸变，若沿着两个不同的方向进行基桩检测，可以获得不同的阴影区，两个方向阴影区重叠部分即为缺陷区的确切位置。由于超声波在混凝土传播过程中发生的折射和反射使得阴影区的边界不清晰，这时就需采用频率、波幅、声时等参数进行综合判断，由于波幅的敏感性最强，判断时应给予较高的“权数”。当需要明确混凝土基桩横截面缺陷的准确位置，就需要采用多个测向检测，并将不同的测向阴影区进行叠加，重叠区就是混凝土基桩的缺陷区。

5 结语

总之，超声波透射法基桩质量判定标准综合了声速临界值法、声阴影重叠法、概率法，可以为工程处理提供依据，同时检测人员对声测管埋置方法的了解程度也将是检测准确度的影响因素，因此，检测人员可通过结合场地工程地质特征，初步分析缺陷的原因，以此可对施工有一定指导意义。

参考文献

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