声波透射法在山区高速公路桩基检测中的应用

王厂

摘 要：近些年来，建筑工程当中所运用到的检测手段与施工方式都有了全新的改良，其中声波透射法这项检测手段得到了很好的普及。此篇文章主要针对声波透射法在山区高速公路桩基检测当中的实际应用进行了简单的概述。

关键词：声波透射法;山区高速公路;桩基检测;技术应用

中图分类号：U416.1 文献标识码：A

0 引言

日常生活中的建筑物和构筑物都依靠桩基来提供建设基础，对建筑物起支撑作用，同时也是工程中的基础项目。但在施工过程当中所受到的外力影响较多，例如环境因素、人为因素、施工条件都会对桩基的建设质量造成影响。因此，在建设工程当中，定期对桩基工程进行安全测量是不可避免的重要环节。

1 低应变法在山区高速桩基检测中存在的弊端

受山区高速公路建设环境的限制以及低应变检测方法自身所存在的局限性，造成低应变法在山区高速桩基检测时存在一些缺陷。

（1）为了安全起见，山区高速桩基所选择的直径要大于普通桩基直径，在检测时低应变法容易受到三维效应的影响，无法保证对波形测量的精准度。（2）山区地势环境的特点使得许多桩基的孔桩由人工开凿，同时配合爆破作业。使得孔桩的孔径边缘形状崎岖，在这种情况下采用低应变检测法，导致孔径的不规则发射，影响波形测量。（3）山区高速桩基多采用大直径桩，安装时搭配三角形加固钢筋固定钢筋笼，在低应变检测时容易发生缺陷发射，对桩基缺陷产生错误判断。（4）在波阻抗发生渐变缺陷时，低应变检测方法无法给出正确的检测信息。（5）在进行定量判定时依靠低应变检测技术无法完成。

根据上述描述，我们可以发现在对山区高速桩基进行检测时，采用聲波透射法准确性更高。

2 桩基施工易出现的缺陷

2.1 桩身混凝土离析

造成桩身混凝土离析的大部分情况是混凝土的浇灌与捣配工作出现差错，例如在施工过程当中最常出现的混凝土初灌量太少、导管填埋的深度较低、混凝土初次凝固前地下水位的变动等，导致在进行混凝土浇灌时材料中存在气泡与裂缝导致桩身混凝土不够紧实，内部结构不完善，对桩基的牢固程度大打折扣。

2.2 断桩

断桩主要是指在浇筑桩基时，桩身出现裂缝或者整体断裂的现象。产生这种情况的原因，主要是泥砂与水泥的混合比例不协调，结合程度较低。同时，泥沙颗粒过大浆面粗糙、使用泥沙超过正常比例都会造成桩基的受力不均，受力面积过小的部分所承受的重力以及摩擦力过大，随着时间的推移，容易出现断桩情况。除此之外，灌注物套管的抽取要保持匀速进行，若速度过快，在软弱土层容易造成孔壁坍塌以及泥水入侵的情况，桩机灌料被泥土冲刷，也给施工过程带来了极大的安全隐患。

2.3 夹泥与空洞问题

夹泥情况的出现是因为在成桩施工过程当中没有对施工材料进行监控，导致在施工的混凝土当中掺杂了泥水与沙土，又或者是因为孔壁的坍塌以及漏洞的出现，使泥土入侵到施工桩料当中。空洞的产生原因主要是在混凝土当中加入了体积过大的石块，在进行搅拌时材料混合不均匀，局部的沙石过多导致内部出现空洞。

2.4 扩径问题

造成扩径的主要原因是灌注桩在成孔的阶段出现孔壁坍塌，造成孔径大于原来尺寸。又或者是在软弱土层部分，受到外界施工的作用力，导致装机内部的结构被打乱，土地强度有所降低，桩径受到来自混凝土和土壤的双重挤压力，在进行混凝土灌注时直径被挤压变大。

2.5 缩径现象

在桩基施工过程当中，常常会发生直径收缩的情况，经过调查研究，其原因主要可分为以下几种情况：

（1）在进行混凝土浇筑时，拔管速度不够均匀，导致浇注管内的混凝土含量较少。

（2）混凝土自身的特点，导致其和易性能较差。

（3）施工时若施工场地的土壤湿度较高时，土壤粘性大幅度增加，土质松软，含水分量较高。在进行到沉管阶段时，受外力的搅动和挤压，导致桩孔受到较大的压力。当桩管撤出后，外部挤压力作用于混凝土，导致桩身的直径小于测量时的直径。

3 声波透射法在山区高速桩基检测中的应用

3.1 声波透射法检测桩基质量的原理

（1）声波透射法的理论基础。声音的产生是物体产生振动，以声波的形式进行传播，其主要的传播媒介为空气和固体。声波透射法的检测原理是基于声音的这两种特性来进行测量，利用人工制造机械声波来发射检测信号，其具体的操作流程为：首先，将声测管填埋在被检测的桩基内部，并利用设备向其发射和接收超声波脉冲，随即检测系统会依据超声波穿过桩基的时长以及脉冲主频率，波形，频谱等信息，来进行测量。通过信息参数来判断桩基内部结构是否稳定、是否存在缺陷以及缺陷的性质大小和具体位置，同时可对桩基强度进行评级。

（2）声波在混凝土中的传递特点。混凝土是由多种复合材料所组成的，因此，其内部结构相较于其他材料来说复杂程度更高，这也增加了混凝土质量检测的困难程度。声波透射法是检测技术当中准确度最高的，但即便如此，在检测时还是会呈现多种结果，声波在穿过混凝土内部的复杂界面时，会出现多重反射的现象，导致声波散射。而声波散射程度越高，说明混凝土骨料越多，反之亦然。因此，为了保证声波透射法的准确度与精准性，在进行测量时多采用低频声波，来保证声波能够穿透混凝土到达接收装置。除此之外，通过对声波透射法的现场考察我们可以得知，低频声波具备扩散角度大、波长较长的特性，在遇到混凝土内部多界面时，容易出现反射与折射的现象，并且不同时段的低频声波会相互干扰，导致声波指向性较低。

（3）混凝土声波透射法检测中的声波。为了将声波检测的功效发挥到最大，在针对桩基质量测量时通常会选择脉冲声波。脉冲声波具备重复间断发射、声波发射持续时间较短等间歇式声波特性。相较于单频声波而言，具备更高的复杂性，使得检测数据的科学有效性得到了大幅度提高。脉冲声波检测技术依托其复杂性能够增加准确度，但是混凝土内脉冲声波中的余弦波传播速度不一，在较长的传播路径当中容易出现波频畸变，影响到最终的测量结果。

3.2 声波透射法在桩基检测中应用的三种方式

（1）桩内单孔透射法。该检测技术只能应用于一个孔道，在进行测量时需要将换能装置放置于孔道内部，换能器需要使用隔声材料进行隔离。在发射过程中，声波会经过换能器到孔壁混凝土层，最后到达接收器，通过声波在内部结构中的反射与折射，我们可以得到相关数据参数来判断内部情况。

（2）桩内跨孔透射法。该检测方法在应用时，需要将声测管预留在桩基内部，数量要安排在两个及以上，声波通过转换器进行发送，最后穿过混凝土层到达接收换能器装置当中。

（3）桩外孔透射法。该检测方法，在进行检测时需要紧靠混凝土桩基的外层，来对孔道内部的钻孔工作进行测量。在具体施工过程中，要将功率较大的平面换能器紧贴桩顶部位。声波能够穿透土层到达混凝土层，最终被接收换能器接收，可以通过逐点测验的形式来考察不同方位的混凝土质量。

通过对上述三种测量方法的描述，我们可以得出结论：桩内跨孔检测技术相较于其他两种检测方法而言，具有更高的成熟性、可靠性且实用性较强，在当今建筑中能够得到良好的应用。若要将该项检测技术的作用发挥到最大，在对混凝土桩基进行检测之前，要控制好声测管预留的合理位置，使得声波在传播、接收的过程当中更加的科学、高效、全面。

3.3 声波透射法检测桩基质量的数据处理

（1）声时分析。声波在传播的过程当中，其速度受到传播介质的影响，当介质的密度越大，声音传播速度越快。因此，在桩基内部混凝土层当中，若存在空洞、断桩、混凝土离析，会引起声波的绕射，导致声波传递路径延长，声音传播时间相应变长。根据目前检测设备的技术水平，能够将声音时间的测量速度控制在微秒级别，在检测时能够实时的收集声时信号，并同时绘制“声时-深度”曲线，帮助施工人员建立起对剖面的直观印象，在对桩径混凝土质量进行检测时，具备较高的参考价值。

（2）波幅分析。在采用声波透射法对高速公路桩基质量进行测量时，一般会选用首波的波动幅度作为衡量波幅衰减程度的杠杆，其主要原因是因为传播介质的密度直接影响了声音传播的速度，对波幅也会产生较大的影响。当传播介质的密度越大时，所检测出的波幅越高，声波能量衰减度就越低;当传播介质的密度越小时，所检测出的波幅就越低，声波能量衰减度就越高。

（3）接收频率与波形分析。声波在穿透混凝土时会产生一定程度的折射与反射，造成声波能量的衰退。依据实测声频衰退的大小，就能够判定出混凝土的质量。衰减程度与混凝土质量成负相关，若衰减度越高，说明质量越差。同样，在测量主频数据时也会受到来自设备系统状态、声波耦合等因素的干扰。基于上述情况，我们可以得出结论：主频数据分析只是一种辅助数据，在进行声波透射检测时起参考作用。

4 结束语

综上所述，桩基质量直接影响到建筑物以及构筑物的整体施工水平，是整个工程施工的基础。因此，在对桩基质量进行检测时，选择声波透射法能够有效减少桩基质量所带来的消极影响。利用在装基内部所预留的声测管、声波接收器与发射装置能够帮助施工人员更加直观的观察桩基的内部结构，以及其内部所存在的缺陷。通过声波所反馈出的数据参数对其进行科学分析从而能够得出桩基质量最终结论，来确保桩基混凝土的建造质量能够符合标准要求。

参考文献：

[1]朱梅林.声波透射法在山区高速公路桩基检测中的应用[J].低碳世界，2017（17）：202-203.

[2]张颖博.低应变法和声波透射法在软土地区内支撑结构下灌注桩桩身完整性检测中的综合应用研究[J].广东建材，2021（6）：32-33+41.

[3]陳亮.声波透射法在铁路桥梁桩基检测中的应用[J].广西城镇建设，2021（5）：72-75.

[4]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.