超声波透射法在桩基完整性检测中的应用

韩中骥

【摘要】在工程项目桩基检测中，超声波透射法是十分重要的检测技术。在混凝土桩基结构施工中，裂缝、断裂、夹泥等病害比较常见，而通过应用超声波透射法，有利于确定桩基缺陷，为病害处理提供可靠依据。对此，本文首先对超声波透射法的基本技术内容进行介绍，然后结合实例对超声波透射法在桩基完整性检测中的应用方式以及结果分析要点进行详细探究，以期为类似工程提供借鉴。

【关键词】桩基;完整性;超声波透射法

1、引言

桩基是工程项目中比较常见的基础形式，其中混凝土灌注桩最为常见。桩基为隐蔽工程，施工工序多，施工难度大，并且容易受到地质条件、机械设备、施工技术等因素的影响，导致桩基出现质量问题，桩基完整性会对工程项目建设质量和安全产生较大影响。在桩基检测中，声波透射法所得信息全面、丰富，可为桩身缺陷分析提供可靠依据。因此，对超声波透射法在桩基完整性检测中的应用进行深入研究迫在眉睫。

2、超声波透射法的基本技术内容

在超声波透射法的实际应用中，通过超声波即可对物质内部结构进行探测分析，通过对反射波形进行分析，即可确定透射检测所得结果。当超声波遇到非均值物质时，波形会发生一定的变化，据此即可判断物质内部缺陷。在工程项目桩基施工中，对于桩基断裂、密实度不足、夹泥等质量问题，均可采用超声波透射法进行检测和分析。在超声波透射法的实际应用中，接收探头装置以及声波发射装置安装完成后，即可对波速、波幅以及传输时长等参数进行测量。

3、桩基完整性检测中超声波透射法的应用

3.1声测管的材料与尺寸

声测管要求具有足够的强度，在施工过程中不会发生变形问题，一般可应用金属波纹管或者塑料管，其中，塑料管与混凝土的温度系数差异比较大，在混凝土凝结过程中，塑料管与混凝土之间会产生一定的裂隙，进而对测试结果准确性造成不良影响。另外，在混凝土硬化过程中，水化热反应比较大，同时在钢筋笼吊装过程中所产生的作用力也比较大，为了避免声测管发生变形，应尽量选用金属波纹管。另外，为了保证换能器能够上下移动，声测管的直径应大于换能器10mm，一般应控制在35～50mm之间。

3.2检测时间

在桩基施工中，混凝土为主要材料，随着龄期的延长，混凝土结构强度也会不断增加，但是容易受到环境因素、气候因素的影响。为了准确发现桩基混凝土结构病害，避免由于混凝土结构强度较低而影响测试结果，要求在混凝土结构强度达到设计要求的70%以上，并且强度达到15MPa后，再对桩基进行检测。

3.3检测方法及仪器设备

混凝土灌注桩声波透射法检测的工作原理是：在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为检测通道，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中，管中注满清水作为耦合剂，由仪器发射换能器发射超声脉冲，穿过待测的桩体混凝土，并经接收换能器被仪器所接收，判读出超声波穿过混凝土的声时、接收波首波的波幅以及接收波主频等参数。超声脉冲信号在混凝土的传播过程中因发生绕射、折射、多次反射及不同的吸收衰减，使接收信号在混凝土中传播的时间、振动幅度、波形及主频等发生变化，这样接收信号就携带了有关传播介质（即被测桩身混凝土）的密实缺陷情况、完整程度等信息。由仪器的数据处理与判断分析软件对接收信号的各种声参量进行综合分析，即可对桩身混凝土的完整性、内部缺陷性质、位置以及桩混凝土总体均匀性等级等做出判断，完成检测工作。采用武汉岩海公司的RS-ST01D（P）跨孔超声检测仪，检测系统图如图1所示。

图1      检测系统

Ho-桩身第一测点的相对标高（m）

Lp-声测管外壁间的最小间距：即超声波测距（m）

Ln-测点间距

检测声参数：

声时T-混凝土测距间声波传播时间（μs）

波幅A-接收波首波波幅（db）

检测数据的处理与判定

3.4检测数据统计分析参量

3.5桩身完整性及缺陷判据

①声速判据：用平均声速减去2倍的标准差作为判断有无缺陷的临界值，即

②波幅判据：用接收信号能量的平均值的一半作为判断有无缺陷的临界值，即

③K·△T判据：用声时-高程曲线上相邻两测点的斜率K及相邻两点声时值△T的乘积K·△T作为判断缺陷的判据

根据以上判据，并综合接收波形的畸变以及主频漂移等多种因素，分析桩身完整性及缺陷性质。

3.6桩身的完整性分析

根据桩身混凝土的均匀性，是否存在缺陷及缺陷的严重程度，将桩身的完整性按四类划分：

Ⅰ类桩：所有声测线声学参数无异常，接受波形正常;存在声学参数轻微异常，波形轻微畸变的异常声测线，异常声测线在任一检测剖面的任一区段内纵向不连续分布，且在任一深度横向分布的数量小于检测部面数量的50%;

Ⅱ类桩：存在声学参数轻微异常、波形轻微畸变的异常声测线，异常声测线在一个或多个检测剖面的一个或多个区段内纵向连续分布，或在一个或多个深度横向分布的数量大于或等于检测剖面数量的50%;

存在声学参数明显异常、波形明显畸变的异常声测线，异常声测线在任一检测剖面的任一区段内纵向不连续分布，且在任一深度横向分布的数量小于检测剖面数量的50%;

Ⅲ类桩：存在声学参数明显异常、波形明显畸变的异常声测线，异常声测线在一个或多个检测剖面的一个或多个区段纵向连续分布，但在任一深度横向分布的数量小于检测剖面数量的50%;

存在声学参数明显异常、波形明显畸变的异常声测线，异常声测线在任一检测剖面的任一区段内不连续分布，但在一个或多个深度横向分布的数量大于或等于检测剖面数量的50%;

存在声学参数严重异常、波形严重畸变或声速低于低限值的异常声测线，异常声测线在任一检测剖面的任一区段内纵向不连续分布，且在任一深度横向分布的数量小于检测剖面数量的50%;

Ⅳ类桩：存在声学参数明显异常、波形明显畸变的异常声测线，异常声测线在一个或多个检测剖面的一个或多个区段内纵向连续分布，且在一个或多个深度横向分布的数量大于或等于检测剖面数量的50%;

存在声学参数严重异常、波形严重畸变或声速低于低限值的异常声测线，异常声测线在一个或多个检测剖面的一个或多个区段内纵向连续分布，或在一个或多个深度横向分布的数量大于或等于检测剖面数量的50%。

3.7工程实例概况及检测结果分析

岳阳华容县山水蓉园三期9#楼设计层数为18层，框剪结构。工地基础共有157根人工挖孔灌注桩，桩身混凝土强度等级设计值为C35，桩径分为900mm、1000mm、1200mm及1400mm四种。混凝土龄期均≥28d。

经采用声波透射法对岳阳华容县山水蓉园三期9#楼的10根人工挖孔灌注桩的桩身完整性进行检测，结果表明：其中，8根为Ⅰ类桩，占所测桩总数的80%;2根为Ⅱ类桩，占所测桩总数的20%。选取其中一根Ⅱ类桩的曲线分析示例，该桩在距桩顶约2.10-2.50m处存在声学参数明显异常、波形明显畸变，如图2所示。

图2      检测结果

结语：

综上所述，本文主要对超声透射法在桩基完整性检测中的应用方式进行了详细探究。桩基施工质量对于整个项目建设质量会产生较大影响，对此，可应用超声透射法进行检测，有利于简化检测操作，获得详细的检测结果，通过对检测结果进行收集整理和分析，即可判断桩基完整性，保证桩基施工效果。

参考文献：

[1]杨笔将.声测管對声波透射法检测桩身完整性的影响[J].城市道桥与防洪，2019，3（5）：56-57.

[2]陈斌.浅谈基桩检测中声波透射法与低应变法的对比[J].建材与装饰，2019，2（16）：55-56.

[3]高承成.声波透射法在混凝土灌注桩检测中的应用研究[J].工程技术研究，2019，2（15）：66-67.