声波透射法在桩基检测中的应用

孙明浩

安徽建筑大学勘测设计研究院有限公司 安徽合肥 230022

1 超声波透射法检测原理

超声波透射法适用于桩径在0．8m以上的钢筋混凝土桩基完整性检测。超声波属于弹性波，检测中将混凝土介质看作是弹性体，声波在桩基内部传播可以看作是弹性波传播。超声波通过发生探头发射出去，通过水的耦合作用传递到声测管，进一步传递到混凝土介质中，最后到达声测管的接收端。通过接受换能器接受声波信号，转化为电信号，最后将电信号传递到超声检测装置。如果混凝土内部缺陷，产生的不连续界面会阻碍声波的传递，从而产生发生绕射与散射，造成声波能量损失。若桩基混凝土内部存在孔洞，声波传递进去会产生散射或绕射，声时延长，振幅与波速都会产生衰减。通过声波的发出时间和达到时间，结合声波的频率、波形畸变程度和能量衰减情况计算检测范围内的混凝土声学参数。通过分析不同检测剖面和不同高度的声波特征的检测结果进行分析处理，可确定桩基混凝土的强度，缺陷的性质和空间位置。

2 声波透射法在桩基完整性检测中的应用优势

声波透射法可通过检测桩身结构的完整性，了解其缺陷位置、类型特点以及严重程度并进行合理的评判。具体而言，需要预埋若干声测管于桩身中，为声波发射与接收换能器提供上下通道，配以耦合剂-水和声波检测仪，逐点检测通道内声波穿越桩身不同界面混凝土时的声学参数。在此基础上结合PSD判据法分析实测曲线的波形、波幅、波速、频率等参数，判断桩身混凝土是否存在缺陷，了解其缺陷位置、程度等情况，进而通过对其完整性、连续性、均匀性的推断科学评定桩基完整性的等级。较之其他桩基完整性检测方法，声波透射法不仅完整细致、快速准确，而且不受限于桩身直径、长度、场地条件，也无需桩基露出地面便能完成检测，故已在公路、水利、港口等诸多领域广泛应用。由于混凝土成型质量会直接影响声音的传播速度，一般情况下，混凝土成型质量越好，强度越高，声速越大。而波幅作为声音传播能量的主要形式，相对而言对灌注桩混凝土缺陷最为敏感，即波幅值因缺陷位置吸收了更多的传播能量、增大了散射程度而明显降低，因此属于主要判据之一。再者，声时-深度曲线中邻近两点斜率与测点声时差之积为PSD判据，对于偏离该乘积值的位置的桩身很有可能存在质量缺陷，具体应可结合声幅、声速等加以判断。如果桩身完整、桩体无缺陷，波速、波形一般均匀、正常，且波幅差异不明显；如果因桩基材料拌和不均，存在孔洞、裂缝、蜂窝等质量缺陷，或者孔底出现严重的浮渣则易影响桩基完整性，此时波速、波幅会低于临界值，波形发生畸变，PSD值则会突变或增大，对此可经挖桩验证。

3 超声波透射检测技术应用研究

3.1 声测管材料与尺寸

声测管是超声波透射的径向换能通道，安装在桩基础内部，在埋设过程中易受到混凝土浇筑影响而产生变形、位移等问题。声测管材质以金属波纹管和塑料管最为常见，而塑料管自身温度系数与混凝土存在较大的差异，在桩基础浇筑过程中容易产生水化热反应，进而造成塑料声测管与混凝土之间出现裂缝，影响超声波透射结果准确性。同时，由于桩基础为混凝土钢筋材质，塑料管与钢筋笼材质不同，绑扎密实度较低，且钢筋笼吊装时会产生较大作用力，容易出现声测管变形、位移问题。因此，在超声波透射检测技术应用中，通常选用金属波纹管作为声测管材料。选择尺寸时，为便于换能器上下正常移动，声测管直径应大于换能器10mm左右，通常选择35-50mm的金属波纹管。

3.2 声测管埋设要点

在对测声管进行预埋时，相关人员应严格按照施工要求进行施工作业。当桩基础的直径小于1.5米,大约3声测管应该嵌入在指定范围内；当直径大于1.5m时，声测管的数量应控制在4个，以保证声透射法的准确性。然后，在完成声波探测管埋作业后，相关人员应采用钢板对管底进行焊接作业，在这种情况下，施工人员应根据实际情况，选择合适的施工方式，并确保焊接的整体质量符合相关规定，避免料浆的质量问题会影响整个测试。在钢筋笼内焊接声学试验管时，各焊接管应平行，所有接头位置均应焊接处理，然后埋入桩底。我们需要考虑到声学管道的尺寸。管子直径大，施工时需要分段焊接。

3.3 收发换能器安装与使用要点

在实际桩基测试过程中,使用声波透射法的过程中,测试人员应该首先安装扶正器,收发器传感器安装在管。安装完成后,安装的传感器应详细检查,确保后续工作是正常的,不会有提升的问题。桩基检测的过程中,为了提高信号检测的性能,工作人员需要调整和控制检测仪器,确保显示的数据可以清楚地显示超声波,以保证其准确性。在连接的检查点,相关人员应确保检查点之间的距离大约是0.2米,0.5米。在检测过程中，如果发现异常条件或条件，如检测结果不明确，而在后续的桩基检测工作中，桩基检测工作应结合实际情况，进行适当的处理，相应的监测，确保施工过程中的各个方面都得到更好的处理。使用这两个传感器，相关人员需要从上到下非常准确地记录检测结果。此外，如果在观测数据处理过程中出现异常情况，应根据实际情况选择多种超声波检测方法，如角度测量法、扇形扫描法等。

3.4 检测现场问题处理要点

在使用声透射法进行探测的过程中，可能会出现各种各样的问题，这些问题会给整个施工过程带来极大的不便。检查人员应结合现场实际情况，对检测过程中出现的问题进行整理，找出可能出现的问题，并进行调查。重要的是要注意，信号检测问题很可能是由于设备系统出现问题，声试管还是没有水，所以当这种情况发生时，相关人员要检查声试管是否有水，并排除设备系统中可能出现的故障，以确保安全相关人员对这个问题及时处理。

综上所述，声波透射检测法因其自身具备的特点和优势，在工程建设质量检测中得到日渐广泛的应用。而只有检测人员对声波透射法的使用原理、检测步骤、数据分析等有清晰准确的认识，才能在实践应用过程中正确使用，充分发挥其优势的同时降低方法本身不足带来的负面影响，最终达到科学、准确的检测效果。