声波透射法检测桩基完整性研究与探索

声波透射法检测桩基完整性研究与探索

龚进刚

贵州黔通工程技术有限公司贵州贵阳550014

摘要：文章分析了当前声波透射法检测桩身完整性的判据，并对其优势与局限性进行了详细讨论；结合施工现场的工程实例，依据桩身完整性检测的综合判定方法，对桩身缺陷在横截面上的分布范围进行了分析。在采用综合判定方法获取较为全面的测试参数基础上，以声速和首波波幅作为首要判据，结合细测、几何投影的方式能够对桩身有无缺陷、缺陷范围大小、缺陷的基本性质做到较为准确的判断，希望能够对以后的检测工作起到一定指导性意义。

关键词：声波透射法；检测桩基；完整性；研究探索

1原理与判据

1.1检测原理

声波在正常混凝土中的传播速度大致范围可能通过试块室内试验界定；当混凝土有缺陷时，根据波动理论，声波会产生散射、绕射等现象，导致能量的衰减及传播路径的变化，进而造成仪器接收到的声学参数发生变化。声波透射法现场检测过程，将收、发换能器分别置于灌注桩桩身事先预埋的声测管中，用相应仪器测试并记录声波在两管间混凝土内的传播时间t、波幅A及频率f等物理量，以此根据相关标准及判据进一步推断混凝土质量，判断桩身结构完整性。

1.2检测判据

与测试物理量相关的用作判据参数的有声速、波幅、PSD、主频及波形图。

1.2.1声速

声速界限值的确定主要有概率法和临界值法两种方法：

PSD的计算公式如下：

Ki=［tci（j）－tci－1（j）］2/（zi－zi－1）式中：Ki为第i测点的PSD值；tci（j）－tc（i－1）（j）为第i和第（i－1）测点的声时；Zi－Zi－1为第i和第（i－1）测点的深度。PSD实际上是声速的一个逆演数据，由于管距假定不变，声时跟声速互为倒数关系，相邻测点间距在实际检测中是常数，所以PSD是声时的放大，PSD的突变表征声速的突变。

1.2.4其它

主频的漂移和波形图畸变程度，没有理论计算的依据，但形象直观，很大程度能反应混凝土质量好坏，作为综合判断的参考

2声波透射法适用性

因为混凝土的声速与强度存在一定的相关性，通过建立“声速－强度”关系曲线来推定混凝土强度的方法现已被广泛应用于混凝土结构物强度检测，但是作为隐蔽工程的混凝土灌注桩与桥梁梁板及墩柱等结构强度检测有较大差别。桥梁的梁板及墩柱等结构生产配合比与设计配比比较接近，且混凝土质量均匀，但是，桥涵基桩混凝土由于成桩工艺的限制，并受地下水等多种因素的影响，容易导致混凝土发生离析，从而导致桩身各个区段混凝土的实际配合比较设计配比产生变化，这种变化无法避免，“声速－强度”曲线也就无法进行合理修正。更重要的一点是，声测管是否平行以及其平行程度都会对声速的测定产生影响，但是施工过程中并不能保证声测管的埋设距离不变。在实际试验检测中，只能测量桩顶声测管的距离，并以此距离来计算整个剖面各测点的声速，这必然导致声速检测值与实际声速值不符。由此，在相应的检测规范描述声波透射法适用范围时，未对桩身混凝土强度推定提出要求，只检测桩身完整性，判定缺陷位置以及范围。在《建筑基桩检测技术规范》JGJ106－2014中提出，可采用钻芯法检测桩基混凝土强度并进行完整性判定。

3检测常见问题及对策

（1）在检测中会发现，设备使用一段时间过后，设备的提升精度会降低，出现误差，要定期及时对提升系统的提升精度进行校核，保证测量数据的位置准确；（2）混凝土检测中往往会利用不同频率的换能器，在通常情况下，短距离检测宜使用高频率探头，长距离检测宜使用低频率探头。从频率影响角度看，不宜过多变化采样频率；（3）在检测过程中要注意声测管接头的影响，当换能器采样点正好位于声测管接头位置时，有时会使声参量数值明显降低，尤其是波幅数值，但是声速一般没有明显降低，而且可以在各检测剖面同一深度出现有规律的声学参数变化，根据现标准声测管的长度一般间隔6m呈现变化，而造成此原因是接头部位可能存在空气夹层，强烈反射声波能量。此时，将换能器移开一小段距离后声参量数值立即恢复正常，这往往属于这一情况。现场测试中，可以通过对向斜测的方式剔除这种影响；（4）检测中发现，某些混凝土桩在桩顶部位的一段范围内，其声学参数值急剧下降，而外观上看桩头混凝土质量较好。导致该状况的原因可能是凿除桩头时，引起声测管与混凝土脱离，产生间隙，或混凝土受力局部开裂。这时在桩头混凝土浇清水会使情况有所好转，但开裂的混凝土需及时清除。

4桩身缺陷类型对声波传播的影响及判断

在混凝土桩成桩过程中，由于许多不确定因素造成桩身缺陷的存在以及可能出现缺陷可以归纳为：沉渣、蜂窝、夹泥、空洞、缩颈、离析、裂缝、二次浇灌面、桩头低强区甚至各类型的断桩等，从声学参数角度可以进一步分类为：