超声波透射法在基桩检测中的应用研究

林兆祥

摘要：近年来为了满足经济得快速发展，土建建设在其中充当了重要角色。而交通基础建设尤为明显，近年来投入不断增大，越来越多的高速公路、一级公路、二级及以下等级的公路建设均在如火如荼地日益展开，本文主要从超声波透射法用于基桩检测的原理及超声波透射法在基桩检测中的运用等方面进行了阐述。

关键词：基桩检测；超声波透射法；原理；运用

随着我国经济的快速发展，我国的铁路、公路、高层建筑等工程数量逐渐增加，这些工程中桩基础因力学性能好、环境适应性强等优点而被广泛应用。桩基础施工一般属于比较隐蔽的施工项目，所以不同项目不同施工单位所采用的施工方法都有所差异，从而导致基桩检测出现质量问题的概率也大幅度的提升。其中超声波透射法由于具有检测可靠、使用方便、设备简单、测试成本较低等优点，在实际工程检测中得到了非常广泛的应用。

一、超声波透射法用于基桩检测的原理

超声波在混凝土中的传播遵循弹性波传播规律，同时需要洁净的清水作为传播的耦合剂，但由于清水介质的剪切弹性模量为零，无法传递横波，因此超声波用于基桩检测中的为纵波分量。超声波检测时需要在基桩的声测管内设置好接收（发射）装置，由于所发射出去的声波会朝着许多种路径进行不断的传播，而不同的路径传播的超声波所因为声测管最初安置时因为混凝土地挤压、导管地碰撞、安装的误差等因素，从而导致达到的接受装置的时间会存在差异。如基桩完整性好，超声波传递的路径则为两两装置探头之间的距离；如基桩完整性出现断裂或是离析等问题时，会导致混凝土的连续性发生破坏，超声波传播的路径也将会变得复杂多变。除此之外，在传播过程中若超声波遇到混凝土缺陷时，其表面还会出现反射或者是散射，从而导致超声波能量受损，进而影响接收装置收到的信号波速和声幅降低。

通过对上述相关的分析可以看出，一旦混凝土基桩存在问题，接受装置收到的超声波信号会发生波形畸变、声幅以及波速减小，频率变化等特征。超声波透射法就是依据以上所述的声学特征，再加上斜率法（PSD）相互结合，通过数据分析，判断基桩缺陷的范围和位置，进而对基桩的完整性质量进行判定。

二、超声波透射法在基桩检测中的运用分析

（一）桩内单孔透射法检测

在某些特殊施工条件下，导致可用检测通道的数量可能会受到限制，有时候只有一个通道可以用来检测，如混凝土钻芯取样后需要检测孔道周围混凝土的质量，那么可以采用单孔检测法进行补充检测。将换能器放置在一个孔内，两个换能器之间可以使用隔声材料进行分隔，发射换能器所发射出的超声波通过水进入到孔壁混凝土表层，表层滑行一段后到达两个换能转换器上，进而获得各项所需要的声学参数。一旦在采用这种方式进行检测时必须要用到信号分析技术，并且尽最大程度的排除其他的干扰因素。但需要注意的是，如果孔道内设置了钢制套管，便不适宜用此方法。

（二）桩外孔透射法检测

一旦基桩结构开始施工或者是基桩内没有能用的换能器通道时，可以对桩边的土层进行钻孔并且可以将其作为检测通道。与此同时，也可将功率较大的平面换能器放置在桩顶处，并在桩外孔中由上而下将接收换能器缓慢放下。这时自上而下沿桩身传播的超声波会将穿透桩与孔之间的土层，通过孔中耦合剂进入接收换能器，进而获得每个超声波测点的声学参数，而依据声学参数的变化就可初步判定基桩的质量。但这种方法受超声波能量的限制，可测的基桩长度不长，一般情况下只能进行短桩的缩颈、断桩、夹层等粗略判定。

（三）桩内跨孔透射法检测

采用桩内跨孔透射法须在基桩内埋设声测管，等待管内充满水后，将接收和发射换能器分别放置在声测管内，在检测时由发射换能器发出超声波并且经过两管之间的混凝土而到达接受换能器。另外，根据场地情况的不同，可以采用不同的测试方法来获取声学参数，并且可以根据各种声学参数的变化来确定混凝土的质量。

三、声测管的埋置与安装

根据基桩直径选择埋设方法是非常必要的。当基桩直径小于800mm时，可以埋设两根管；当基桩直径为800～1500mm时，可用等边三角形铺设三根管；当基桩直径大于1500mm时，可以采用正方形铺设的方式埋设4根管，并且埋设的管子尽可能的达到平行；当基桩直径大于2500mm时，应适当增加预埋声测管数量。但在施工中不可避免地存在位移，应尽可能的控制。在安装声测管时，应将其固定在钢筋笼内侧，应用钢丝做好绑扎固定。钢质声测管每隔2m设置一个固定点，并要将其焊接在架立筋上，确保其不会发生偏移。

四、超声波透射法在基桩检测中的分析处理

（一）声速临界值法

把同一剖面的声时值从大到小依次排序后，按下式计算：

Vo=vm-λ·Sx

式中：n为测点数；k为从零开始去掉的数据个数；Vm为（n-k）个数据的平均值；Sx为（n-k）个数据的标准差λ为与（n-k）相对应的系数；Vo为异常判断值。当参与统计声速有小于Vo数据，则去掉小于Vo的数据，重新按上式计算，直到剩余的全部数据均大于Vo时，Vo可作为异常判断临界值Vc；所有数据中小于Vc的数据，均可判定为异常。

（二）声阴影重叠法分析

当超声波通过基桩缺陷区域时，缺陷背面的声波强度将会降低，并会出现声辐射阴影区，在该区域内接收到的声波幅度降低、声时变大、波形出现畸变，若沿着两个不同的方向进行基桩检测，可以获得不同的阴影区，两个方向阴影区重叠部分即为缺陷区的确切位置。由于超声波在混凝土传播过程中发生的折射和反射使得阴影区的边界不清晰，这时就需采用频率、波幅、声时等参数进行综合判断，由于波幅的敏感性最强，判断时应给予较高的“权数”。当需要明确混凝土基桩横截面缺陷的准确位置，就需要采用多个测向检测，并将不同的测向阴影区进行叠加，重叠区就是混凝土基桩的缺陷区。

五、结束语

综上所述，超声波透射法基桩完整性判定標准综合了声速临界值法、声阴影重叠法，可以为工程处理提供依据，同时检测人员对声测管埋置方法的了解程度也将是检测准确度的影响因素。因此，检测人员应通过声波透射法科学检测，再加上施工现场地质特征以及施工单位对基桩施工进程中的具体情况等相结合，全面分析缺陷的原因，以此可对施工具有一定指导意义。

参考文献：

[1]张炜熠，高志民，王繁兴.超声波透射法在桩基完整性检测中的应用研究[J].山西建筑，2017，43（27）：59-60.

[2]方锐.超声波透射法在基桩完整性检测中的应用[J].西南公路，2014（03）：75—78.