超声跨孔声波透射法检测混凝土灌注桩完整性

王 倩

徐州市路兴公路工程有限公司

1 引言

混凝土是现代建筑工程中所广泛采用的一种建筑材料，对于一些大型基础建筑工程，都普遍使用了桩结构以承担较大的荷载，并满足相应的工程需要。而现代化的建筑中，考量建筑物本身结构及其经济性的需要，普遍采用混凝土灌注桩。而由于灌注桩等建筑结构在形成的过程中，主要利用混凝土的较强的可塑性，在混凝土还未硬化前，对桩结构进行灌注与浇筑所形成的。因此混凝土灌注桩，从其结构形成过程及特点来看，具有较强的隐秘性，需要采取特殊的方法以有效检测灌注桩的结构质量及工程性能，从而在保障混凝土灌注桩质量的前提下，进一步保障建筑物整体的工程质量。而现代建筑工程中，针对混凝土灌注桩的质量及完整性检测，主要采用声波透射法，本文正是基于超声跨孔声波透射法在检测混凝土灌注桩完整性中的应用进行相应研究与讨论，希望能够一定程度上提升满足现代建设工程的需要。

2 声波透射法检测混凝土完整性的基本原理

声波透射法的原理是基于声波在介质中传递的过程中会产生能量，声波是一种机械波，机械波不同于电磁波，机械波的会在传播介质中发生扰动，其震动形式较为单一，根据其传播方向与震动方向可分为横波与纵波。声波透射法，就是利用机械波在介质中传递能量这一原理，在混凝土灌注桩内预先设计平行于混凝土灌注桩纵轴的声测管道，然后将超神波探头伸入混凝土灌注桩内部，进行逐点、逐段探测。根据超声波在混凝土灌注桩中传播后所反馈的各类声学参数(声速、频率、能量、波形)来根据这些声学参数进一步判断混凝土灌注桩的桩身完整性。

利用声波透射法对混凝土灌注桩的完整性检测，主要包括桩内跨孔声波透射法，桩内单孔声波透射法，以及桩外孔声波透射法这三类方法。而其中，桩内跨孔声波透射法，是依据相应工程规范所广泛采用的一种检测方式，本文也是基于超声跨孔声波透射法这一检测方式，探讨利用声波透射法对混凝土灌注桩完整性检测过程中需要注意的相关事项，及优化措施的进一步分析与研究。

3 超声跨孔声波透射法检测混凝土灌注桩完整性的基本步骤

由于混凝土灌注桩这一建筑结构主要有混凝土灌注所形成。而为了开展后续超声跨孔声波透射法的利用条件，首先在形成混凝土灌注桩的过程中需要预埋相应平行于混凝土灌注桩纵轴的声测管道，在具备了声测管道后，才能实现后续的声波透射检测方法。

在设置预埋管道的过程中，可以结合实际工程需要，一般的钢筋混凝土灌输桩的截面为圆形，在确定埋管数量于埋设方法的过程中，一般采用沿直径布置管道，呈三角形布置管道以及呈四方形布置管道这三种方式。在实际工程中，为满足工程需要及提升后续检测质量，需要保证埋设声测管道的内径控制在50-60mm之内，同时埋设管道应确保下端封闭，上端加盖，管内无异物，各管互相平行等要求。

在满足基本的声波透射法的应用条件，形成具备声测管道的混凝土灌注桩后就可以开展后续的声波检测工作，在实际检测过程中其具体步骤如下。

（1）检测声测管道是否通畅，其具体方法采用注水法，若保持稳定注水速度，在声测管道内不形成淤积，则管道通畅良好。

（2）计算声测管及耦合水层声时修正值，具体计算步骤及内容，需要参照实际工程中混凝土灌注桩的尺寸打下及声测管道的布置样式及施工环境等多种因素考虑。

（3）测量桩顶声测管外壁净距离，桩底声测管外壁净距离是后续各类声学参数计算过程中需要反复使用的一项重要数据，因此在实际测量过程中，为确保数据的精确性，需要多次测量取平均值。

（4）安置声波发射与接收转换器。声波发射与接收转换器的安装位置需要确定，在后续的测量过程中保持不变，以免对声测数据的精确性造成影响。

（5）保障声波发射与接收转换器同步升降，并保持测点间距小于等于250mm。控制声波发射与接收转化器之间的相对位置，并保持测定间距，提升声测数据精确性的有效手段，在实际测量过程中，为保障测量数据的准确性，需要对声波发射器的相对位置及测点间距进行全面检查与调整。

（6）采集和记录信号包括，声时，声幅，频率，波形四类数据。在声波接收器接收信号时，相关探测人员需要将数据结果及时到处，避免因接收器存在大量数据而造成混淆或遗漏，在记录数据的过程中，除了做到及时分类数据记录以外，还要对数据进行校核，结合声时，声幅，频率，波形之间的理论关系，及实际经验，排除误差较大的声测数据，以提升测量精度。

（7）以两根声测管为一个检测部面进行组合，分别完成所有的检测剖面。

（8）针对实际工程中混凝土灌注桩，桩身的特点，及测量数据的基本情况，对于桩身处数据可疑部分进行加密测量，或采用斜测法或扇形扫测法进行复测，以进一步确定桩身缺陷部位。

以上即为实际工程中应用声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性的全部步骤，在检测桩身完整性，排除桩身缺陷部位的过程中，主要依据声时，波幅，波速，波形，这四项定量的声测指标来确定。对于一般的混凝土灌注桩的缺陷特点及实际测量经验，发生缺陷的部位主要表现为声时大，波幅小，波速小，波形畸变这四类特征。而为保障测量精确性，避免产生误测，或遗漏等问题，测量过程中，需要保障测量次数多次，测量方式多样，测量手段丰富等基本特点。在记录测量数据的过程中，要严格避免因人为误差造成的数据错误，同时在测量的过程中应保证对于混凝土灌注桩桩身的测量做到从上到下的全面测量，避免造成部分遗漏等问题。

4 声波透射法数据分析与判定的主要依据

从声波透射法的基本测量步骤中我们可以看出，判断混凝土灌注桩桩身完整性的指标包括，声时、声速、波幅、波形这四项基本声测指标来定性完成的。为进一步推进对于声波透射法在实际工程中的应用，现就声波透射法数据分析与判定的主要依据进行进一步分析与研究。

在实际测量过程中，根据测量经验与测量原理，我那边发现声测数据中反映为声速小的部位容易成为缺陷部位。这一判据的理论来源是基于概率法的分析方法得出的。在实际声波透射法的应用中，根据特点频率下的声波在介质中传播的速度，进一步结合概率统计的方法得出了应用声波透射法测量混凝土灌注桩桩身完整性的声速临界值。在理论上，小于这一临界值的声速可能为异常点。结合这一判据的理论，在实际工程中应用超声跨孔声波透射法测量混凝土灌注桩桩身完整性的过程中，为保障声速判据的准确性，保障声波发射与接收器之间的相对位置，避免声波传递过程中，由于声波接收器安装位置的偏差，造成测量波速的不准确。同时，对于不同部位的声速数据大小，我们也可以定性得出相应的缺陷类型，从而加以针对性的修正。

除了声速测量判据，声波透射法在混凝土灌注桩桩身缺陷检测的过程中，还可以利用声速低限值判据，PSD判据以及波幅判据等多种判别方法。其判别原理与判别方式与声速判据基本类似，其中声速低限值判决利用了，对于预留混凝土试件抗压强度与声速对比实验的声速数据，进行对比分析，以检测混凝土灌注桩桩身中的缺陷部位。而PSD判据法，与波幅判据法，其方法本身借助了数据统计中的各种工具，对于数据及分析结果进行了一定优化与处理，得出了更为准确的判别结果。例如，对于PSD 判据中的斜率法，进一步利用了多次测量的平均结果从而减少了系统误差对判别结果造成的影响。

5 超声跨孔声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性的优势及应用价值

现阶段，我国建筑行业内各类大型建筑工程所采用的混凝土桩身完整性的检测方法都是借助超声跨孔声波透射法的基本原理。超声跨孔声波透射法，在满足我国现代建筑工程的施工质量，提升施工安全与施工效率上发挥了重要作用。而导致超声跨孔声波透射法检测混凝土桩身完整性的原因是多方面因素造成的。

首先，由于混凝土灌注桩其本身的特点，具有一定隐秘性的工程特征，混凝土灌注桩具有一定的隐秘性，以及可变性，不同混凝土灌注桩在不同施工条件下，及施工操作下所表现的桩身完整性也存在差异，因此在开展完整性检测的过程中不能采取结构分析与实验的方法，而超声跨孔声波透射法，在使用的过程中，不需要与混凝土灌注桩内部直接接触，而是通过了声波在介质中传递的原理，根据声波在混凝土灌注桩传递过程中所反馈回来的声学参数进一步定性分析其桩身的完整性。由于声波的发射与接收设备的发展较为完善，相关声学指标的探测技术也较为完备，因此在使用声波透射法测量混凝土桩身完整性的过程中，可以得到较为准确可靠的测量结果，并能够较为准确地分析出桩身缺陷部位的范围及位置，这为大型建筑工程中混凝土桩基的完整性，及质量保障提供了较大支持。但声波透射法测量混凝土灌注桩桩身完整性的过程中，需要在形成混凝土灌注桩桩身前预先埋设声测管道，对于实际施工进度造成了一定阻碍，并且由于声测管道的投入使用使得声波透射法的测量方式需要投入大量成本。但对于大型基础建筑工程来说，为保障建筑工程的质量安全，满足建筑结构自身的荷载需求，采取声波透射法的检测手段，对混凝土灌注桩桩身完整性进行精确的检测仍是现代建筑工程中广泛采用的主流检测手段。

最后，现阶段，随着建筑行业的不断发展，以及建筑工程种类及技术质量的标准提升，我国建筑行业由过去的经济追求逐步转变为质量技术追求，因此声波透射法在未来我国大型建筑工程项目中的混凝土灌注桩桩身完整性检测工作中的应用空间及应用前景仍有待进一步发掘，但在应用声波透射法的过程中，相关企业也需要对声波检测法的测量方式及应用技术进行改进与创新，以建少测量成本，推广超声跨孔声波透射法的进一步发展。

6 结束语

超声跨孔声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性是现阶段我国实际工程规范及标准中所要求的主要检测手段。利用超声跨孔声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性，可以利用声波在介质中传输的基本原理，根据声波传输过程中所反馈的信息间接地测定混凝土灌注桩桩身的缺陷范围及相应位置。声波透射法有效地避免了因混凝土灌注桩自身隐蔽性所造成的测量困难等问题，为我国建筑行业内各类基础建设工程中混凝土灌注桩结构质量的提升作出了重大贡献。在未来建筑规模不断扩大，建筑质量要求不断提升的背景下，超声跨孔声波透射法，仍是满足现代建筑工程需要，提升混凝土灌注桩结构质量，保障建筑工程整体质量安全的重要检测方法。