声波透射法在桩基检测中的应用

王 琼

(福建东辰综合勘察院 福建福州 350005)

0 引言

随着城市建设的发展，高层建筑已成为城市建设的新地标。在高层建筑中，桩基础应用十分广泛。桩基在地震力作用下变形小，稳定性好，是解决建筑物抗震问题的一种有效措施。但其作为地下隐蔽工程，施工中由于不确定因素可能导致桩基质量难以估摸，并将左右桩基成桩质量，其相应的检测技术直接决定了整个工程的安全。基此，国内众多学者、工程实践者对桩基的质量问题关注度日益攀升，桩基检测方法也由此得到了迅速的发展，技术不断成熟。

杨国强、张坷强[1]针对声波透射法检测桩基的影响因素展开研究，从基本原理出发，对10种影响因素进行分析并得出有用结论；赵新华、王洪彪[2]通过桩基检测实例介绍了声波透射法的应用，对实测波形进行了分析；孙民[3]对声波透射法中声波的传播规律进行了理论研究，在理论研究的基础上对桩基进行了分析，最终以实际工程为案例对该方法的应用情况作了较为详细的总结；吴旭东[4]认为利用声波透射法进行桩基完整性检测时其本身带有一定的局限性，主要体现在设备安装、设备类型和检测人员的主观判断等方面；张继华等[5]为提高检测精度，在理解声波透射法原理的基础上，采用多种方法相结合的思路对灌注桩完整性进行了分析；孟新秋等[6]结合工程实例对灌注桩采以声波透射法检测，得出声速和首波时判定的重要参数等结论。

本文以东南沿海福建某城区灌注桩声波透射法检测为工程实例，结合实际检测数据，对声波透射法在桩基检测中的应用展开研究，对基桩声时-深度曲线、声幅-深度曲线、PSD曲线、各检测剖面实测波列图等进行分析，供类似条件下的桩基检测判定参考。

1 声波透射法检测原理

声波透射法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩身完整性检测，判定桩身缺陷的程度并确定其位置。其基本原理是通过记录超声脉冲波在混凝土灌注桩中传播过程表现的波动特性。当超声波抵达混凝土缺陷面，该位置将形成波阻抗界面，声波检测仪接收到的透射波能量将明显降低。当混凝土灌注桩桩体内部出现松散、蜂窝状等缺陷，超声波将产生散射和绕射，具体检测原理如图1所示。

图1 声波透射法检测原理图

2 声学参数判据

声音在混凝土中传播的速度与混凝土成形质量有关，一般混凝土自身强度越高，声速越大。混凝土成形质量越好，声速越大。

波幅是声音传播能量的表现形式，灌注桩缺陷区对传播能量的吸收和散射程度加大，相应位置波幅值降低。波幅对混凝土灌注桩的缺陷存在最为敏感，是主要判据之一。

PSD判据是声时-深度曲线上相邻两点斜率同测点声时差的乘积，因此偏离该乘积值的位置可能属于缺陷区，应结合声速、声幅变化进行分析判断。

当检测桩材料拌和均匀，形成的桩身完整，桩体没有缺陷，则所测得波速应较为均匀，波幅无明显差异，波形正常，异常处将出现波速大于平均值的现象。当桩身由于材料拌和不均匀、孔底浮渣严重或者出现裂缝、孔洞、蜂窝等明显缺陷，则波速、波幅将小于临界值，PSD值将变大或发生突变，波形产生畸变。

3 工程实例

3.1 工程概况

拟建场地土层情况自上而下为杂填土、粉质粘土、细砂、淤泥含砂、中细砂、砾砂、卵石、残积砂质粘性土和不同风化程度的花岗岩。拟建建筑包括地上两层地下一层，采用直径1000mm冲孔灌注桩，桩数共计127根。本次检测选取总桩数10%，即13根桩进行检测。

检测时，将接收与发射换能器分别置于2个超声波检测管中，以同一高度等距离同步移动，测点间距为100mm，自检测管底至设计桩顶标高逐点进行对测，发现可疑部位再进行复测或加密检测，以确定缺陷的位置和范围。选取其中两根桩的检测结果进行分析，声测管在检测桩体中的分布如图2所示。

图2 声测管分布图

3.2 实测曲线分析

选取一根桩体进行实测曲线分析，编号为1号桩，该桩桩长52m，其所测得声学参数曲线及波形图如图3～图4所示(选取2号声测管进行分析)。

图3 1号桩声学参数曲线图

图4 1号桩波形图

由图3分析可知，在桩长范围内，声速较为稳定，最大值4.667km/s，最小值4.003km/s，平均值为4.437km/s，标准差为0.069。波幅标准差0.986。根据PSD曲线，该桩PSD曲线无较大突变，波形变化均匀，综合可以得出该位置桩体完整性较好，材质均匀，桩体性质好。

图5 2号桩声学参数曲线图

图6 2号桩波形图

同理分析图5中2号桩2号声测管所测声学参数曲线和图6波形图可以发现，2号桩桩长27.0m，2号声测管测得4.5m深度范围内，局部声速低于临界值，声幅明显低于临界值83.160，PSD曲线发生连续突变，对应深度范围内的波形出现明显畸变，波形不清无条理。根据声学参数判据和波形图异常可以判定该位置可能出现孔洞或大面积桩体缺陷。

将以上两根检测桩的检测数据汇总如表1所示。

表1 检测结果汇总表

3.3 检测结果分析

该工程对浅层检测出现缺陷的桩体进行开挖验证，发现2号桩在2号声测管一侧4.5m深度附近出现混凝土材料填充不充盈，钢筋外露，且深度较小位置混凝土材料杂质较多，水泥参入比不足，成桩质量差。由此可见以上检测分析较为合理。

图7 实桩图

灌注桩混凝土材料与一系列声学参数虽有相对稳定的关系，但是这种关系并非绝对，还受多种因素影响。

声音传播速度受灌注桩原材料的配合比、搅拌均匀程度、龄期、骨料粒径等影响较大，因此以上皆是影响检测结果的因素；波幅是声音传播能量的表现形式，灌注桩缺陷区对传播能量的吸收和散射程度加大，因此缺陷区域的位置、形状和连通性及其随机组合情况，对检测结果影响较大；除此之外，人为操作如测试过程中拉绳额速度、稳定性以及仪器自身稳定性均对测试结果有影响。

4 结论

本文对声波透射法检测的声学参数特性进行介绍，结合实际桩基检测，对基桩声时-深度曲线、声幅-深度曲线、PSD曲线、各检测剖面实测波列图等进行分析，得出了以下结论：

(1)声波透射法检测中，桩基质量与声速、波幅等声学参数变化相关，但不完全受限于声学参数判据，声学参数出现变化除了桩身缺陷的可能，还有可能是被检测桩自身材料、拌和程度、龄期的不同而产生。

(2)声波透射法检测结果只能作为参考依据，具体缺陷类型应结合实际验桩结果进行综合判定。

此次桩基检测仅采用声波透射法，如果能采用多种检测方法互相检验，可以获取更高准确率的检测成效。

参考文献

[1] 杨国强, 张坷强.声波透射法检测桩基的影响因素[J].土木建筑学术文库, 2011, 15(1).

[2] 赵新华, 王洪彪.声波透射法检测桩基实例[J].土工基础, 2003, 17(3):81-83.

[3] 孙民.声波透射法在桩基检测中的理论与实验研究[J].大连：大连海事大学, 2017.

[4] 吴旭东.声波透射法检测桩基完整性的分析[J].黑龙江交通科技, 2017, 40(3):143-144.

[5] 张继华, 孙华圣, 陈家瑞,等.声波透射法检测桩基完整性原理及工程应用[J].淮阴工学院学报, 2017, 26(1):47-51.

[6] 孟新秋, 马健, 刘丽.声波透射法桩基检测非缺陷性影响因素[J].土工基础, 2017(6):771-774.