声波透射法在桩身完整性检测中的应用探讨

秦茂芬

摘 要：基桩是工程建筑中基础的部分，直接承受着上部建筑物的压力，确保着建筑物的长久安全，其施工质量至关重要。本文针对声波透射法在混凝土灌注桩完整性检测中的应用进行了探讨。

关键词：基桩检测;声波透射法;桩身完整性

中图分类号：TU473.16 文献标识码：A

0 引言

混凝土灌注桩施工属于隐蔽工程，影响其施工质量的因素很多，如工程地质条件、复杂的桩土相互作用、现场施工管理水平、施工过程控制及专业人员素质等，故基桩质量具有诸多的不确定因素。因此，基桩质量检测对工程建设具有非常重要的意义。

1 概述

混凝土灌注桩具有适应性好，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小等优点，在桩基础施工中，得到较广泛地应用。在混凝土灌注桩的施工过程，由于各种因素的影响，可能为其施工质量带来各种质量问题，如缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。为不影响上部建筑物的结构安全，在基桩施工完成后，及时发现并处理混凝土灌注桩的质量问题，尤为重要。

基桩检测包括基桩承载力检测及桩身完整性检测。对于桩身完整性检测，常用的检测方法包括以下几种：低应变反射波法、高应变法、声波透射法、钻孔取芯法等。各种检测方法都有其适用条件及利弊，结合不同的基桩检测条件及检测要求，根据不同检测方法特点，选择合理、适宜、准确、可靠的基桩检测方法尤为关键。

2 声波透射法检测原理

声波透射法检测是一种非破坏性检测技术，即检测过程中不会破坏被测物体原结构的完整性。声波透射法通过在基桩施工过程中预埋声测管，借助换能器发射固定频率的超声波，将电能转换为机械能，使超声波能量沿竖向方向穿透混凝土桩，超声波遇到混凝土介質缺陷会产生反射、投射、绕射，换能器接收到超声波后转换为电信号，并在检测仪上显示声时、波速、波幅、频率等声学信息，通过对接收到的反射波声学信息及波形特征进行分析，从而判断混凝土桩的完整性以及可能的缺陷性质、位置、范围及缺陷程度。

由于超声波在不同介质中的传播特性，超声波传播速度、波形变化与桩身混凝土介质密实度有关，如超声波波形、波幅变化较小，则表明混凝土桩身密实;反之，则表明混凝土桩身密实度较差;如出现畸变波峰，则表明桩身存在夹层、孔洞、缝隙等情况。

声波透射法具有数据分析简单、检测结果准确可靠、现场操作简便快速，不受桩长、长径比限制，不受检测场地限制等优点。同时，该方法也有其局限性，如检测数据量偏大，无法检测缩径，只适用于预埋了声测管的混凝土桩或地下连续墙。声波透射法检测示意图见图1。

3 声波透射法的现场检测

3.1 率定

检测前，应采用对声波检测仪及换能器的系统延迟时间进行率定，率定需在清水中进行。通过改变收、发换能器在水中的距离，并记录出每次声波的收、发时间，线性回归计算出仪器系统的延迟时间。系统延迟时间应在检测参数设置时进行录入。

3.2 通管

声波透射法检测时，应先对声测管进行通管，以探测声测管中是否存在堵管现象。若存在堵管现象，应及时与委托单位沟通协商，避免检测时发生声波换能器被卡住无法拔出的情况。

3.3 注入清水

每根声测管均应注满清水，这是为了确保从声波从换能器传入混凝土灌注桩中所经的介质为清水。水质不清，其中的杂质可能会影响声波的传输以及影响声波在水中的传播速度。如管内水质浑浊不清，可加入明矾等进行净水处理，待水清澈后方可进行检测。这是因为污浊的水会影响检测结果。

3.4 准确测量

在现场需要测量声测管管距与管壁厚。进行管距测量，应注意管距是指管外壁之间的最短距离，不包括管壁厚。另外需注意的是，管间距可采用钢尺测量，管壁厚应采用游标卡尺测量。相关数据应现场记录并录入仪器中。

3.5 设备调试

在检测前，设备调试非常重要，而每个剖面接收到的首波调试是关键的核心。首波位置宜在窗口中间位置，波幅高度宜1/3～1/2高。这时尽量避免出现弯管，首波侧移出窗口，或者出现削波的现象。若是出现首波侧移出窗口或出现削波现象，则此次检测无效。

3.6 检测过程

检测过程中，换能器的提升速度不宜过快。规范对换能器的提升速度均有明确要求，一般不宜大于0.5 m/s。过快的提升速度，会导致声波换能器与管壁碰撞，产生干扰波。

及时补充声测管中的清水。由于声波换能器及线缆的存在，随着声波换能器的不断提升，管内的水平面会不断下降，因此在检测桩顶位置时，往往需为声测管补充清水，否则，桩顶部分可能会测不到准确信号。

3.7 检测后的波形检查

检测完成后，应养成及时查看波形、初步分析桩身完整性情况的习惯。一是查看波形采集是否正常，如是否存在削波，甚至有无漏采换能器信号等情况。如果发现波形采集有问题，应及时重测，尽量把问题解决在现场。二是初步确定桩身是否有疑似缺陷的情况，针对可能存在缺陷的位置，可采用加密测、斜测和扇测等方法进行确认，还可对桩身的缺陷位置、缺陷尺寸、缺陷性质等做进一步的精细检测。

4 检测数据的处理及分析

工程桩在施工过程中，由于受地质因素、成孔工艺条件、混凝土浇灌工艺等因素的影响，桩身可能出现下列影响桩身完整性的缺陷：沉渣、蜂窝、夹泥、空洞、缩径、二次浇灌面（断桩）、裂缝、离析等。分析结果时，主要从波速、波幅、PSD等判据进行判断。下面就沉渣及气泡密集混凝土两种缺陷形式进行举例分析。

4.1 沉渣

沉渣是松散介质，其本身声速很低（2 000 m/s以下），对声波的衰减也相当剧烈。当检测中遇到沉渣时，声速和波幅均会明显下降。通常在桩底出现这种情况多属沉渣所引起。如图2所示，在桩底10.70 m～11.20 m位置，应是沉渣所致。

4.2 气泡密集混凝土

在灌注桩上部桩身有时因为混凝土浇注管提升过快，致大量气泡分布在混凝土内，使混凝土质量有所降低。该种情况，波速不会明显降低，但声波能量会有明显的衰减，波幅降低。如图3所示，在基桩5.00 m以上部分，声波能量明显下降，应是气泡密集型缺陷的波形表现。

5 结束语

声波透射法是一种检测混凝土灌注桩完整性的有效方法，具有快速、准确、检测结果直观、数据分析简单等特点。在具体的检测工作中，检测人员应注意对检测过程中的各个步骤进行有效控制、严格按照规范要求来操作，确保检测结果的真实性和准确性。

参考文献：

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