超声波无损检测在混凝土灌注桩中的应用

林海清

（厦门合诚工程检测有限公司， 福建 厦门 361000）

0 引言

在社会的不断发展过程中，我国桥梁建筑工程项目也越来越多。而混凝土灌注桩则是其中最重要的一部分，该部分的结构强度对整个工程质量有着决定性的影响。因此，为了保障建筑工程质量，提高人民居住、通行的安全性，相关建设单位在混凝土桩浇筑后需要对其进行严格的检测，避免桩基出现问题影响建筑的结构安全。而超声波检测技术由于其优异的性能，现如今被广泛地应用于混凝土桩的检测当中，并且取得了良好的成绩。

1 超声波检测技术

现如今，混凝土灌注桩检测工作是建筑工程项目施工当中最为重要的环节之一，在该环节常用到的检测技术包括有低应变检测技术、高应变检测技术、超声波检测技术和静载荷检测技术、钻芯法检测技术等。而超声波技术由于其操作简单、成本低、检测速度快、准确度较高，是如今最受建筑工程行业欢迎的一种混凝土灌注桩检测技术。在利用超声波检测技术对混凝土灌注桩进行检测时，检测装置发出超声波脉冲信号，使其在介质当中传播，从而产生机械振动，在机械振动“碰壁”时会返回到接收探头，而后转化为电磁信号，传回的电磁信号在水介质当中放大，而后通过中心系统的分析整合以波形图的形式展现在检测屏幕上。检测人员能够通过屏幕上曲线的变化情况分析出混凝土灌注桩当中的结构的致密性和缺陷。超声波检测技术的应用主要是利用超声波的传播特点，利用混凝土作为传播介质，使其在混凝土当中传播，如果在传播的过程中出现声学参数异常，便能够根据异常的程度判断出混凝土灌注桩身存在的缺陷位置及大小。

2 超声波检测技术的原理与重要性

2.1 超声波检测技术原理

在建筑工程当中利用超声波检测技术对混凝土灌注桩进行检测时，主要是基于超声波在介质当中传播的原理而进行检测的。其原理是将超声脉冲发射源向混凝土内发射高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性。当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波特征，经过处理分析就能判别测区内混凝土存在缺陷的性质、大小及空间位置。

2.2 超声波检测技术的重要性

在桥梁建筑工程项目当中，混凝土灌注桩是保障建筑工程质量最为关键的部分，它对于建筑质量有着直接影响。如何提高混凝土灌注桩质量，保障其结构稳定性对于建筑工程施工建设安全性保障有着重要的意义。一般情况下，建筑工程施工周期长、覆盖范围广，容易受到外界因素的影响，再加上混凝土灌注桩均为隐蔽工程，因此在实际的浇筑过程中容易出现各种缺陷，从而影响混凝土桩的结构稳定性。相比较其他建筑结构部分，混凝土灌注桩的检测更为重要。随着超声波检测技术的出现，在对存在缺陷的混凝土灌注桩的检测中，能够更精确地定位出缺陷位置，并进一步判断导致缺陷出现的原因。同时在检测的过程中效率也得到了保证，相比较传统的检测技术，不难发现，超声波检测技术对于整个工程检测的效率有了极大的提升。

3 影响超声波对混凝土灌注桩检测的相关因素

3.1 混凝土灌注桩缺陷对超声波波幅的影响

在混凝土灌注桩施工当中，夹泥、蜂窝是混凝土灌注桩施工当中常见的质量缺陷，该种缺陷会一定程度地吸收或散射超声波，进而使超声波波幅减小。因此，在利用超声波检测技术对混凝土灌注桩进行无损检测过程中，应当取首次发送的超声波波幅为基准波幅，以此为基准来对后续接收超声波波幅进行分析判断。这样一来才能保证混凝土灌注桩在实际检测过程中的准确性。

3.2 混凝土灌注桩缺陷对超声波波速的影响

桩基混凝土离析、空洞是混凝土灌注桩中常见的质量缺陷。在超声波的传播过程中，声波在空洞和裂缝处反射系数较大。因此，在混凝土灌注桩的缺陷处超声波无法进行快速传播，其只能通过缺陷的边缘进行传输，此种情况下超声波的传输路径便有一定的加长。因此，在对有离析、空洞缺陷混凝土灌注桩进行超声波无损检测过程中，声波通过此种缺陷所需的传播时间相较于正常混凝土灌注桩的传播时间更长。

3.3 混凝土灌注桩缺陷对超声波波形的影响

在桩基无损检测当中，如果对具有缺陷的混凝土灌注桩进行超声波检测时，缺陷部分会使超声波产生反射、折射、绕射等，使超声波的接收换能器收到的量能明显衰减，影响超声波的波形，导致波形产生畸变。

4 混凝土灌注桩常见缺陷

混凝土灌注桩是桥梁建筑工程施工项目当中最为基础的一部分，该部分也是建筑结构物当中重要的组成部分。在混凝土灌注桩施工过程中加强先进技术的利用，有助于提高整体建筑结构的稳定性，而对混凝土灌注桩进行科学的检测有利于提高混凝土灌注桩的结构质量安全。如今在社会的不断发展过程中，混凝土桩检测技术已被广泛地应用于建筑工程桩基质量控制当中，据目前我国桥梁建筑工程在混凝土灌注桩方面常见的质量问题主要有以下几点：（1）混凝土灌注桩桩径缩小，不满足建筑工程要求；（2）混凝土灌注桩出现沉渣现象；（3）混凝土材料配比不当或搅拌不均匀，出现材料离析、骨料悬浮问题；（4）混凝土灌注桩出现断裂现象。因此，建设单位在实际施工过程中，想要提高混凝土桩的结构强度和质量，避免其对建筑整体的安全性和稳定性造成影响，相关施工单位不仅要加强对施工过程中混凝土桩施工技术的监控，还要在混凝土桩施工完成后对其进行检测，如此才能保障整体建筑的安全性和可靠性。

5 超声波检测技术的运用

5.1 超声波检测设备

5.1.1 超声波检测仪

超声波检测仪是超声波无损检测技术当中最为关键的设备之一，该设备的主要功能是发射和接收电脉冲信号。在信号接收后，超声波检测仪控制系统能够对电脉冲信号进行整理转换，形成波形图投放在屏幕上，用户能够通过波形图对所测基桩质量进行分析。

5.1.2 换能器

在利用超声波检测技术对混凝土灌注桩进行检测时，想要发射超声波首先需要将电信号转变为超声波信号，而此种转化便需要有换能器的介入。电信号通过换能器的转换变为超声波信号发射到混凝土灌注桩当中，之后在其内部形成多种反射，被超声波检测仪接收后通过换能器的转化变为电信号。

5.1.3 声测管

在换能器的实际工作当中，声测管是其中最为关键的一部分，该部分能够为换能器创造有利的条件。比如，在垂直方向上布置多根金属管，具体数量还取决于桩身的直径。实际上，需要将换能器置入清水中，而且换能器还需在声测管中自由移动，这样一来，就可以检测出桩身的质量。

5.2 超声波无损检测在混凝土灌注桩中的应用

5.2.1 严格按照设计标准制作声测管

在利用超声波无损检测技术对混凝土灌注桩进行检测的过程中，声测管是其中最为关键的一部分。在声测管的制作当中，一般采用铸铁管为原材料，管壁厚、接口焊接质量等均应该按照相关设计标准来控制检查。在声测管的安装过程中，应当利用铅丝将其绑扎在桩基钢筋笼主筋上，绑扎声测管在桩长方向间隔应当控制在3m 左右，在主筋与声测管接头部分应当采用套管焊接的方式连接。

5.2.2 桩身检测

在对桩身进行检测的过程中，测点间距应当在100～250mm 以内。在检测过程中如果发现混凝土桩身某个位置的超声波特性出现显著变化，应当在此区域增加检测点，进行二次检测，以此来保障混凝土灌注桩检测结果的准确性。在检测过程中，用于发射的换能器与接收的换能器基于桩身的高度要具有一致性，以避免换能器高度差影响检测结果的准确性。在对混凝土桩基检测过程中，一般在桩基当中设置多根声测管进行检测。因此，检测人员应当对检测管进行合理划分，以组别的形式来对桩基进行检测。在实际的检测过程中，一般是按照自声测管下部位置朝上实施检测的方法，而检测人员对各个测点内超声波的实际传播时间、声波频率、波幅等参数进行密切观测，要及时记录出现的异常数据，之后在该点处增加测点进行二次检测，灵活应用平测、斜测、双向斜测、扇形扫测等检测方法，以此来提高检测结果的准确性。

5.2.3 合理设置声测管

在声测管的安装设置过程中，相关检测人员应当采用平行对称的方式进行埋设，以保证超声波探头能够在声测管当中自由伸缩。除此之外，声测管安装数量选取应当按照混凝土桩基直径进行确定，不同行业对于声测管预埋数量有不同要求，如《公路工程基桩检测技术规程》（JTG/T 3512-2020）声测管预埋数量要求：桩径＜1000mm 时，应埋设2 根管；当桩径≥1000mm 且≤1600mm 时，应埋设3 根管；当桩径＞1600mm 且＜2500mm 时，应埋设4 根管；当桩径≥2500mm 时，应增加声测管的数量。在施工过程中应当根据建筑工程的实际情况在满足规范规定的前提下科学地布置声测管。

5.2.4 注意事项

在对混凝土灌注桩进行超声波无损检测的过程中，需要加大对以下几点的关注，以此来提高检测结果的准确性。

（1）在埋设超声波声测管时，应当保证每一根声测管都保持平行、围绕桩身对称，并且超声波探头能够在声测管上下通畅活动，以保证能够检测到完整的桩身。

（2）在建筑工程混凝土灌注桩浇筑、养护完成后，桩基已经具备一定的强度，达到规定的龄期后，即可对混凝土桩基进行检测。检测前，需要将桩身凿除到设计桩顶标高后进行检测。在凿除过程中，要保护好桩身内部的声测管，避免渣滓落入声测管内部，导致超声波探头在声测管内不能灵活上下，影响检测质量。

（3）对超声波的检测仪所采集获取波形的声时参数进行分析中，相关人员需要针对各声波的频率分量具体波形的幅度实施分析，查找出首波位置，特别是对同一桩身截面声时参数明显异常的数据点要重点关注分析，相关人员还要把仪器故障及采集漏波对检测的精度影响进行考虑，避免由于设备和采集原因导致错判和漏判，保证基桩检测的精度与可靠度。

6 超声波检测技术的局限性

一般情况下，利用超声波无损检测技术能够有效地检测出混凝土灌注桩当中的结构质量缺陷。但针对混凝土灌注桩的实际检测而言，检测结果仅能表现出两根声测管之间混凝土的结构，但是对于桩基底部的沉渣和桩底持力层情况无法进行进一步的检测。因此，超声波检测技术在混凝土灌注桩检测当中存在一定的局限性，在实际应用过程中只能应用于检测桩基部分混凝土的结构质量。如果对嵌岩桩等进行检测时，需要结合低应变反射检测技术对桩底进行检测，之后根据实际检测的数据来对混凝土灌注桩的结果进行综合分析，在一定程度上就弥补了超声波检测技术的局限性，能够更精确地判断其是否符合设计要求。

7 结束语

实践证明，采用超声波透射法对混凝土灌注桩进行检测，利用波速、波幅、PSD 与基桩缺陷类型之间的关系判定桩身完整性能，及时发现混凝土灌注桩的缺陷，避免桩基缺陷引起沉降，发生结构变形、坍塌等安全隐患。超声波检测混凝土灌注桩技术的应用，保障了桥梁建筑工程的结构安全及耐久性，为我国的建筑安全保驾护航。