声波透射法检测桩身完整性能力验证探讨与分析

黄鹤

摘要 为解决在声波透射法检测桩身完整性中出现的各种问题，文章以声波透射法检测桩身完整性进行验证的优劣势为例，对在相关工作中出现的问题进行了相关研究，提出了对声波透射法检测桩身完整性能力出现的问题进行快速处理的观点，以期为相关工程提供参考。

关键词 声波透射法;检测;桩身完整性

中图分类号 TU473.16 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）01-0149-04

0 引言

随着经济的发展和基础设施的建设，桩基得到越来越多的使用。由于桩基是隐蔽的，工作质量控制难度大，一旦出现质量问题，对整个设施的安全影响很大。桩基质量测量方法，主要有：钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法。尤其是声波透射法传输方法简单，检测更准确，施工方便，已成为重要的检测工具，在各种工程中得到广泛应用。在声学传输领域发展迅速，但也存在一些问题。该文在声波传输领域进行了实验研究，以了解實验原理和实际测量中的一些问题。

1 相关的工程概况

引江济淮是一个以改善淮河生态环境为主要目标的大型多用途跨界水资源管理项目，主要通过城市、农业和工业供水、农业灌溉和内河航运的发展。派河口泵站枢纽的位置是在江淮沟通段的初始位置，起讫桩号编码是J0+000～3+240。该节点包括一个泵站、一个控制水闸、一个二级水闸和一个新业主的抽排灌站、一个控制区、一个泵站和一个分开的水闸。其中引江济淮派河口泵站基础设计采用机械钻孔混凝土灌注桩，设计桩径为1 000 mm，设计桩长为40.00～45.00 m，桩端持力层为场地第⑤4层：粉细砂，设计单桩竖向抗压承载力特征值为2 900～3 500 kN，基桩总数为101根。

2 检测原理和检测要求

在混凝土灌注桩施工前，要保证声测管的安装合理布置，声测管预先埋入桩中，如换能器通道，声测管对称布置。然后将声测管编号以最靠近北的方式编号，顺时针编号为1，分别为1、2、3……等。检测时，将两个声学测量管分成一个切口，声测管编号由以下数字组成：12、23、13等。声波透射法检查桩身完整性的主要原理是在桩内预埋数根声测管，作为接收和发射声换能器的通道，通过声能转换器、混凝土桩、具体的声音信号在传播过程中，会在距离、角度、位置等信息上存在缺陷。要由接收器对信号进行接收并通过换能器并转换电信号，经声传感器处理后显示在屏幕上，声传感器根据到达时间、大小、变化频率、形状程度等声学特性进行处理变形，这使得确定混凝土中的体积、程度和位置缺陷成为可能。桩的数量，以及它们符合规范的完整程度。声脉冲在混凝土中传播过程中，会发生弯曲、反转、多次衍射等现象，从而导致信号的整形频率、振幅等参数发生变化，在这种情况下，接收到的信号将具有传播缺陷、完整性缺陷等。使用适当的控制和测量工具确定混凝土桩的完整性，分析接收信号的各种声音参数[1]。

3 声波透射法适用性

由于声速与混凝土强度有一定的相关性，建立声速与混凝土强度关系曲线的方法现在广泛用于确定混凝土结构的强度，但作为隐蔽工程、桩混凝土和结构强度等桥板和桩，有很大的区别。桥梁板、桩等结构的生产与设计和配比的比例，以及均匀的混凝土质量，但由于桩形成过程的限制，在地下水等因素的影响下，容易导致混凝土离析，从而导致混凝土桩身不同部位的实际结合而改变结构的比例，这种变化是不可避免的，速度—强度曲线不能合理改变[2]。更重要的是，声测管的平行度会影响声速的确定，但在施工过程中并不能保证声测管的安装距离不会发生变化。在实际测试中，只测量桩声测管之间的距离，并对该段的所有截面计算该距离处的声速，这不可避免地导致声速值与实际不相符。因此，在按照相关控制标准描述传声应用范围时，不需要对桩身的混凝土强度进行推定，只需要验证桩身的完整性，确定缺陷的位置和范围[3]。图1为声波透射法检测桩身。

4 基桩常见缺陷类型

4.1 夹泥

铺设基桩时，由于地层不平整或砂浆密度不够，容易破坏孔壁，土壤进入混凝土，导致桩身局部淤泥，危害严重断桩。

4.2 断桩

断桩主要表现为声速、波幅和频率急剧下降，波形严重畸变或无接收波形，往往是成片出现，且多个剖面的大致深度范围均存在上述异常情况。

4.3 混凝土离析

当混凝土和易性不好、搅拌不均匀、水灰比过大或者灌注过程中导管漏水等原因都会产生混凝土离析。

4.4 桩顶混凝土疏松

桩顶混凝土疏松的产生主要是因为混凝土的浇筑的超灌量不足，桩顶部位的混凝土与泥浆混合在一起，形成桩顶浮浆，导致桩顶部位混凝土强度降低。

4.5 沉渣

桩下淤泥是检测基桩时经常遇到的问题之一，主要是因为它们渗入得不够彻底。成井后未清理井底，钢筋笼下孔后未进行二次清理。降水是出现在桩底的一种分散的低速媒介[4]。

5 声波透射法在该项工程检测中的应用

5.1 基桩混凝土质量检测

在混凝土质量控制工作的基础上，常用的声波传输控制方法，根据发射换能器入体的配置，可将具体部位分为一通入桩、通孔入体。打桩，入打桩的方法，这些检测方法和操作各不相同，适用范围也不同，在实际应用中，需要根据实际工况进行选择。桩施工中最常见的一种测试方法，只需将换能器放在支桩的通道中，并将接收器放在通道的另一端，将换能器和接收器放在接收器内部，放置测声测管道内充满清水，然后用隔音材料将换能器隔开，可以获得准确的声学参数，操作比较简单，这种方法的应用也相当广泛，但是由于钢材材质对超声波的影响，多孔洞影响超声波的传播，这种方法不适用于通道支座内有钢材或地基上有多个孔洞的情况。相比之下，穿桩法可以用多根声测管检测发射器和受话器之间的混凝土质量，不仅有效检测范围更广，而且可以根据不同的情况改变发射器和受话器的位置和角度。实际需要，可以在检测领域灵活控制，技术上更加成熟可靠。但需要注意的是，由于穿桩法通过不同通道的位置改变了换能器和接收器的位置，因此对检测区域的控制，对孔数的要求较高，如果地基中的通道较少，则它们的检测范围会受到很大限制，在这种情况下，通孔法更具优势[5]。通过巢穴的通道，通常是通过在桩的土壤部分钻孔作为控制通道进行的，发射器可以放置在桩的顶部，接收器可以放置在桩的底部。桩的外孔，因此，即使基础中不再有换能器通道或开工的优越结构，也可以实现对基础上混凝土的有效质量控制。因此，它通常用于各种特殊情况下的检测。但需要注意的是，超声波能量桩穿透方法有限，对支撑桩长度的要求较高，因此其应用受到限制，也影响了检测精度。

5.2 基桩声波透射法桩身判定标准不同情况特征

第一，所有声测线声学参数无异常，接收波形正常;声学参数有轻微偏差的异常声线，波形轻微失真，在任意剖面的任意区域内纵向不连续，横向分布小于控制剖面50%的任何深度的异常声线。

第二，异常声线与声学参数略有偏差，波形轻微失真，异常声线在一个或多个控制剖面的一个或多个部分中具有连续的垂直分布或在一个或多个深度处的横向分布超过50%或等于50%;声学参数有明显偏差、波形明显畸变的异常声线，任一异常声线探测剖面的任何部分纵向连续分布，横向分布小于探测剖面数的50%。

第三，声学参数明显偏离的异常声线，波形明显畸变，异常声线在一个或多个控制剖面的一个或多个截面上连续垂直分布，但横向分布在低于50%以下的任何深度控制配置文件;异常声线，声学参数有明显偏差，波形明显畸变，异常声线检测到的任何剖面的任何断面垂直连续分布，但在一个或几个深度或多或少水平分布超过50 %。

声学参数严重偏差的异常声线，波形明显畸变或低于深度限值的异常声线，在任何探测剖面的任何部分垂直分布连续的异常声线，在任何深度小于检测配置文件数量的 50%。

第四，声学参数明显偏差的异常声线，波形明显失真，在一个或多个控制剖面的一个或多个部分垂直连续分布并在一个或多个深度具有或多或少的横向分布的异常声线小于 50%，或等于检测的配置文件数量。

声学参数严重偏差的异常声线，波形明显畸变或低于阈值的异常声线，异常声线沿垂直方向均匀分布在控制剖面的一段或多段或在控制剖面的一个或多个深度横向分布，超过或等于控制剖面的 50%。

5.3 透射法检测桩基缺陷处理

第一，缺陷的规模和程度的确定应结合部门和临床拍摄进行。同步评价，在特定的测试中表现迅速，可以作为检测缺陷的重要依据，虽然现有的测试方法允许采样间隔设置为0.1 m，处理过程中不需要加密，但测量准确度在混凝土试验中随着检测缺陷和特定范围而降低。因此，检测操作必须以扇形或斜向火来完成。第二，在特定的检测周期内，往往由于声测管的倾斜，导致整体检测剖面中的声速值存在较大差异，目前在特定检测过程中使用的软件可以自行修正声测管偏转，但在纠偏过程中，要保证声速的有序变化，防止盲目纠偏，导致最终结果失真，影响最终确定的缺陷。第三，在交通运输部、建设部相关控制计量标准中，根据缺陷的实际情况，需要对桩身进行分离，检测声学剖面参数的偏差和异常点，对桩的类型作出准确的结论。混凝土桩本身必须压紧，技术和地质条件复杂，也导致检测声学参数数据发生变化，工程理论异常可能是缺陷点，因此，根据具体情况，采取相应的综合解决方案必须实施[6]。

5.4 如何在现场进行检测的相关规定

平测时，声波发射与接收声波换能器应始终保持相同深度，自桩底向上同步提升，声测线间距不应大于100 mm;提升过程中，应校核换能器的深度和校正换能器的高差，并确保测试波形的稳定性，提升速度不宜大于0.5 m/s;斜测时声波发射与接收换能器应始终保持固定高差，且两个换能器中点连线的水平夹角不应大于30°;同一檢测剖面的声测线间距、声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。

5.5 检测现场常见的问题及处理

5.5.1 检测过程中接收信号消失

造成这种现象的原因，一是声测管缺水，二是仪表系统故障，三是桩身缺陷严重，声波能量弱，不允许在接收端接收信号。先检查测深管内是否有水，注满清水后，仍然没有信号，换能器的量程会增加，如果信号逐渐正常，则这是桩的严重缺陷身体。是否有声测管供应或无信号，可将换能器平行放置在空气或水中（5 cm），取样，观察是否有接收信号，是否有波状装置设备系统故障[7]。

5.5.2 判断设备系统故障的部位

将超声波仪器连接到相位距离为5 cm左右的平面换能器进行采样，如正常的波状超声波仪器没有故障，以确定换能器故障。当发射器-换能器出现故障时，在没有噪声的情况下进行采样时，利用准径向接收换能器的平面发射器的辐射，信号接收正常。如果没有波形，则表示接收换能器损坏。

5.5.3 接收时好时坏

换能器刚下至声测管底，测试波形正常，一会儿波形异常。在地面检查或换能器干燥后波形正常，该现象是换能器信号线破损、水密性丧失引起[8]。

5.5.4 桩头部位测点声速、幅值下降

检查桩头部位混凝土质量良好，可能是由于声测管与混凝土产生间隙造成，在桩头浇清水可改善。

6 结语

声波透射法是一种可靠、直观的基桩完整性检测方法，能通过声速、波幅、PSD曲线快速确定缺陷的大致深度范围。钻孔取芯结果验证了该方法的有效性和准确性。同时，声波透射法的多种检测方式，如扇测、平测相结合，可进行基桩CT像。随着科学技术的发展，仪器性能的改进声波透射法将会得到更好的发展。

参考文献

[1]戴飞飞，王雪峰，刘晔，等.基桩声波透射法桩径检测技术仿真与试验研究[J].江苏建筑，2017（6）：83-86.

[2]杨永波，尹中南，张杰，等.用于基桩声波透射法检测的可自由组合的声波传感器组[J].传感器世界，2017（6）：51.

[3]陶光智.浅谈桥梁基桩检测声波透射法存在的不足及对策[J].黑龙江交通科技，2015（11）：131.

[4]吴善印.声波透射法在公路基桩完整性检测中的应用[J].交通世界，2021（20）：78-79.

[5]陈国海.低应变法和声波透射法在基桩检测中的应用分析[J].房地产世界，2021（9）：130-133.

[6]陈继岳.超声波法在基桩无损检测中的应用[J].黑龙江交通科技，2021（7）：247-248.

[7]刘欢.声波透射法与钻芯法在桩基检测中的应用[J].交通世界，2020（28）：122-123.

[8]卢亮.声波透射法在基桩检测中常见的问题与探讨[J].工程质量，2020（5）：41-44.