声波透射法对混凝土灌注桩完整性检测的探讨

胡能坚

（广州市番禺区建设工程质量检测中心，广东广州 511400）

0 引言

本文通过对声波透射法在混凝土灌注桩完整性检测的应用与分析，总结声波透射法检测基桩的必要性和检测原理，并提出声波检测的工程实例，并且采用基桩钻芯法进行钻芯验证，更能体现声波透射法检测结果的准确性。我们从以下几个方面对声波透射法进行探讨。

1 声波透射法的相关内容

1.1 基本理论的概述

声波透射法检测混凝土灌注桩完整性的基本理论可概述为通过由超声脉冲发射源在混凝土内部激发高频弹性脉冲波，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透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低；当混凝土内部结构存在夹泥、松散、蜂窝、孔洞等缺陷时，超声波将产生散射和绕射；根据声波的初始到达时间与声波的能量衰减情况、频率变化及波形畸变程度等特性，可得到测试区域范围内的混凝土的完整性参数。测试记录不同剖面、不同高度上的超声波动特征，经过对数据的处理分析就能判别检测区混凝土内部存在缺陷的性质、空间及位置的大小。而检测过程中通过换能器由桩底同时往上依次检测，能够遍及该检测桩的各个截面。具体的检测示意图如图1 所示。

1.2 声波透射法的预埋声测管要求及应用分析

1.2.1 预埋声测管的要求

声波透射法检测前要求受检的混凝土灌注桩内需要提前预埋相应直径所对应数量的声测管，并且按等边三角形或正方形进行预埋声测管。

1.2.2 应用分析

图1 声波透射法检测

声波透射法检测对场地的要求相对不是很高，而且检测的操作也比较简单，检测的进度也相对较快，使工程的进度可以得到保证，同时声波透射法可以检测出桩的实际长度，对桩身有可能出现的混凝土夹泥、蜂窝沟槽和离析等明显缺陷的检测结果比较直观可靠，但声波透射法也同样有缺点的，主要是施工现场的复杂性容易导致声测管的保护措施不到位，容易造成声测管出现堵管、弯管或者斜管等情况，对检测数据的采集造成一定的影响或数据的异常情况。

2 声测数据的判定

2.1 波形的判定

波形是判定完整性的重要指标之一，可以比较直观地反映混凝土灌注桩存在缺陷的一个信号。超声波在混凝土传播过程中遇到混凝土缺陷界面时，混凝土内部也存在各种不同的阻抗界面，因此超声波在这几种不同的界面上形成反射和折射等各种声学现象，超声波经过反射和折射后，在混凝土中的传播路径不同，接收换能器接收到声速的时间就会不同，使通过接收换能器的波形会有很多的相同相位或都不同相位的组合波，这样波形很容易出现畸形，所以声波波形的畸变在某种情况下能够用作辨别混凝土灌注桩是否存在缺陷的一个参考数据。同时波形的正常与否跟声速、波幅是否异常有关，假如声速值、波幅值异常，波形也会出现异常，波形异常也会伴随声速值和波幅值的异常。

2.2 波速的判定

声波波速的大小与混凝土的弹性性质相关，也与混凝土的内部结构、混合比、骨料等性质有关，并且波速的大小与混凝土的强度的高低有一定的相关，是判定混凝土质量的主要参数。若材料相同特质相同的情况下，混凝土内部结构越致密，孔隙率很低，这样得到的声波波速就会越高，相反，当混凝土内部结构出现缺陷特征，超声波通过这些缺陷位置时，造成传播的速度比较慢，这样会造成声时传播时间延长，声波波速降低，所以如果当混凝土桩身的某一位置波速变化幅度较大且低于概率法所计算出的临界值时，则可以判定该位置处的混凝土存在缺陷或质量的问题。

2.3 波幅的判定

声波波幅通常情况下指的是首波的波幅，就是在第一个周期波的前半波的波幅值。超声波的强弱在某一程度上可以通过由波幅值的大小所反映该超声波在混凝土内部传播过程中衰减情况所表示。超声波假如在混凝土内部的传播过程中衰减得越多，则所得到的接收波的波幅就会越低，而假如声波通过混凝土内部所存在的低强区或离析区等情况时，或混凝土质量存在缺陷时，混凝土对超声波的能量吸收就越多，超声波能量衰减就越大，导致接收波波幅越小，所以当桩身混凝土为完整时，声波波幅就没有明显的衰减情况。所以声波波幅对混凝土内部的缺陷情况会表现出非常的敏感，能够作为判断混凝土完整性的一个重要参数。

3 工程案例分析

工程实例：广州市番禺区某一建设工程项目，桩基础采用混凝土灌注桩，以声波透射法所检测的132#桩为例，该检测桩的声波波速、声波波幅、PSD 分别与深度的剖面图测试结果如图2所示。

图2 132#桩的声速—深度、声幅—深度与PSD—深度的测试结果

（1）从图2 的A-B 剖面声测波形图表明：该桩在A-B 管的32.4～32.7m 位置处声速、波幅以及波形明显异常。其中，最异常点在32.5m 位置处，声速值为3.904km/s，与平均值相比，降低了6%；波幅值为81.4dB，与平均值相比，降低了19%。

（2）从图2 的A-C 剖面声测波形图表明：该桩在A-C 管的32.3～32.8m 位置处声速、波幅以及波形明显异常。其中，最异常点在32.4m 位置处，声速值为3.527km/s，与平均值相比，降低了11%；波幅值为83.9dB，与平均值相比，降低了17%。

（3）从图2 的B-C 剖面声测波形图表明：该桩在B-C 管的32.2～32.8m 位置处声速、波幅以及波形明显异常。其中，最异常点在32.5m 位置处，声速值为2.290km/s，与平均值相比，降低了46%；波幅值为79.8dB，与平均值相比，降低了21%。

通过对以上三个检测剖面的测试数据分析，我们可以得到该132#桩在32.2～33.5m 位置处的波速、波幅和波形均出现明显的异常，而32.4～32.5m 位置处的波速值、波幅值及波形都是最异常的，为了确定该异常位置的缺陷情况，我们采用基桩钻芯法进行检测，并且根据钻芯法检测的结果，可以作为对声波透射法检测结果的一个验证检测手段。

根据图2 的测试结果，选取132#桩缺陷特征比较明显的B管和C 管中间的位置进行钻芯验证检测，对该位置进行钻芯验证，我们可以看到132#桩在桩面以下32.21～32.61m 位置处存在夹泥的现象，该位置只见泥浆和骨料，倾斜的断口面不连续和不完整，芯样断口面还明显夹着泥，除了上述缺陷的位置以外，该试验桩的其他位置芯样都连续、完整，芯面都很光滑，骨料粗细的分布都比较均匀，芯样的断口很吻合，混凝土胶结很好。通过钻芯验证检测的结果，该132#检测桩的夹泥位置段与超声波透射法所检测的最明显异常位置段基本一致，同时通过上述两种检测方法的比对验证分析，可以知道如果桩身某一位置出现夹泥、蜂窝沟槽或混凝土离析等缺陷时，声时就会明显的增加，而声波波幅就会出现明显的衰减特征，仪器所接收到的声波波形就会出现畸变和不规则的现象。

4 结语

通过上述的工程实例，我们可以知道检测混凝土灌注桩完整性的检测方法中，声波透射法检测是值得肯定的，其检测结果也比较准确，对桩身可能存在的夹泥、蜂窝沟槽或混凝土离析等缺陷能够明显地反映出来，并对缺陷的位置和范围能作出较准确的判断，因此声波透射法检测具有检测范围广、检测数据准确可靠、操作简便等优点，还可以利用基桩钻芯法进行比对验证，能够提高检测结果的准确性，还能直观地了解要检测的灌注桩的桩身完整性情况，更能对桩身完整性作出准确的综合评价，为工程项目的验收提供可靠的检测结果。