声波透射法在混凝土桩基检测中的运用

声波透射法在混凝土桩基检测中的运用

糜祖韬

昭通市昭阳区建设工程质量检测中心 云南昭通 657000

摘要：本文首先阐述桩基可能存在的混凝土病害，引入声波透射法技术，定量检测桩基完整性。结合工程实例，测试了昭通市昭阳区某道路23-2#基桩混凝土；并对所检测桩基异常区域进行钻芯验证，且对芯样做混凝土抗压强度检测。结果表明声波透射法检测混凝土桩基的准确性和适用性，值得大力推广和运用。

1 引言

桩基础如桥梁桩基、房屋桩基础，边坡抗滑桩等，大多数桩基材料由混凝土组成。在施工过程中，由于振捣、施工工艺、地质条件等原因，桩基混凝土内部可能存在空洞、离析、夹泥、缩颈、断桩等混凝土病害。从而影响混凝土的各种力学性能，大大降低桥梁、房屋、边坡等结构承载能力。因此混凝土桩基施工质量直接关系到混凝土结构的安全使用。

目前，采用声波透射法技术,对混凝土桩基完整性进行质量过程控制，是相对比较成熟的方法之一。声波透射法能够及时发现混凝土结构施工过程中存在的质量安全隐患，从而对桩基混凝土缺陷部位及时采取相应的处治措施，消除各种工程质量隐患，以达到过程控制工程质量的目的。

2 基本原理及工作流程

2.1 基本原理

超声波是波动频率在20 kHz～20MHz的，其在介质内的传播是质点弹性振动的传递过程，满足无限介质中各向同性理想弹性体的波动方程，即超声波穿透介质的速度与介质的密度有关。

超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源向砼内发射高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特性；当砼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，产生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试记录不同测面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼存在缺陷的性质、大小及空间位置。

在基桩施工前，预埋声测管作为换能器的通道。测试时两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器中发射出去，在另一根声测管中的换能器接收信号，超声仪测定有关参数，采集记录储存。换能器由桩底同时往上逐点检测至桩顶。

2.2 工作流程

检测采用检测精度较高的双孔平测法，数据采集方式采用自动采集功能，工作流程如下：

（1）将清水注满预埋的检测管，测量声测管内边距。在检测管口上安装好专用滑轮，把发射换能器和接收换能器通过滑轮分别放到两根检测管底并校对使之处于水平位置，安装好仪器，把换能器连线和测距信号线连接到仪器上。(如图2.2.1所示)

（2）两根换能器连接线经过滑轮同步匀速拉出，调试好换能器提升精度，保证提升精度误差小于0.2%。

（3）再把换能器放到桩底，校对连接线上刻度，使之处于同一水平位置上。

（4）用固定的电压和频率值激发并接收超声波，确认信号真实、可靠后，记录存盘。

（5）两根换能器连接线经过滑轮组同步匀速拉出，使换能器同步上移至桩顶，期间根据波形的变化调整仪器参数和换能器上移速度，保证信号真实、可靠。若发现异常则复测、加密测和使用斜测或扇形测等方法处置。

（6）随机重复抽10～20%测点，在确认声时相对标准差不大于5%，振幅相对标准差不大于10%时，则可进行下一根基桩检测。否则，应对声时及波幅异常部位重复抽测。

测试过程中，实时做好相关记录。当数据采集方式采用手动采集功能时，换能器的上移由人工根据换能器连线上的刻度同步上移0.25m后,执行步骤4，以此重复逐点上移至桩顶。

3 检测数据处理与判定依据

3.1检测数据统计分析参量

① 声速测量值的平均值：

② 声速测量值的标准差:

③ 声速测量值的离异系数：

④ 波幅测量值的平均值：

3.2桩身缺陷判据

① 声速判据：采用正常混凝土声速平均值与2倍声速标准差之差作为临界值。即当实测混凝土声速值低于声速临界值时，应将其作为可疑缺陷区。另外，当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值作为临界值。声速低限值应由预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果，结合本地区实际经验确定。

② 波幅判据：用波幅平均值减6dB作为判断有无缺陷的临界值。当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。

③PSD判据：用声时━高程曲线上相邻两测点的斜率与相邻两点声时值差的乘积作为可疑缺陷的判据。当PSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。

3.3桩身完整性类别判定依据

检测数据分析时，一般着重采用声速、波幅临界值判定法，并结合波形特征来判定桩身完整性；特殊情况时，需再综合PSD值、声速离异系数等参数以及相关资料来判定桩身完整性类别。根据桩身是否存在缺陷及其严重程度和波形特征，将桩身的完整性按四类划分。详见下表：

表3.3 桩身完整性类别判定

摘自《公路工程基桩动测技术规程》(JTG/T F81-01—2004)

4 声波透射法实际工程中的应用

对昭通市昭阳区某道路桥23-2#基桩进行检测，经过钻芯检测发现：桩身靠近桩底3.0m范围，波幅值明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畸变，桩底局部存在异常区域。

经过钻芯检测，桩基完整性较差，存在严重缺陷；桩底存在夹泥现象。芯样长度为30.8m,对桩身结构承载力有严重影响，综合评定为Ⅳ类桩。距桩底3.0m左右，芯样抗压强度为33.4MPa(基桩混凝土等级为C35 ) .

4 结束语

桩基混凝土检测，声波透射法是一种比较好的检测方法。检测过程中，可先利用声波透射法按100%比例检测判定桩基完整性，如对检测数据的波速、波幅有疑问，可进行钻芯验证。

大量实践表明，声波透射法技术值得在房屋、桥梁桩基、边坡抗滑桩等混凝土桩基础检测中推广和运用。
参考文献：
[1]李鹏,刘勇,刘振发,许国庆,邵铖.多种检测方法在判断桩身缺陷过程中的综合应用[J].城市勘测,2021(06):205-208.
[2]宋利堂.声波透射法在桩基检测中的应用[J].大众标准化,2021(21):242-244.
[3]蔡思宪.声波透射法检测技术在桩基检测中的实践探讨[J].砖瓦,2021(08):89-90.2021.08.038.