超声波无损检测技术在桩基工程中的应用

胡志刚 郭建斌

摘要：随着我国现代化建设进程不断加快，城市中的部分建筑向着高层建筑方向发展，建筑荷载量增大的同时，桩基规格也发生了改变，桩基施工作为基础工程，其会受到多种因素的干扰，而在施工过程中使用的检测方式一般很难判断出桩基存在的各种问题。而超声波检测技术在确保桩基完整性的同时，也能够准确判断桩基存在的安全因素和缺陷，极大的保障了桩基施工质量。

关键词：超声波无损伤检测技术;桩基工程;技术原理

引言：我国社会发展速度不断加快，建筑水平得到了一定的提升。在工程施工汇总，天然地基已经无法满足施工建设的要求，因此诞生出了多种型号和规格的桩基。桩基的质量问题会直接影响到建筑工程的质量。为保障桩基的安全和质量问题，必须对桩基展开检测工作，而使用超声波检测技术不仅可以无损伤对桩基进行检测，而且可以保障检测工作效率和结果准确性。

一、超声波无损检测技术优势及原理

超声波检测技术属于五种常规无损检测技术中的一类。超声波技术具有速度快、检测厚度大、成本低、灵敏度高的优势，不会对人造产生危害，能够准确定位桩基存在的质量问题。首先，使用超声波无损检测技术不会破坏桩基的整体结构和性能。其次，超声波检测设备属于高科技产物，能够对桩基进行全方位的的检测，并且超声波检测技术操作简单，检测流程少，不会对桩基工程产生影响。最后，超声波检测技术可以对位置较深的桩基进行检测，并且检测结果准确率高。

超声波检测技术可以向特定方位发射集中的超声波束，波束会以直线的形式在空气、固体、液体等介质中传播，且具有良好的指向性。当超声波在介质中传播时，会出现衰减或者散射现象，会在不同介质界面中出现反射、折射、波形转换等。当超声波束穿过缺陷界面时会产生反射波，可以利用这一特性对缺陷界面进行探测。在能力方面，超声波具有的能量要比声波大。超声波在固体介质中传播时，波束不会受到较大的损伤，探测深度、距离较远，因为超声波固体介质中传播时会出现反射和折射现象。当金属物件中出现分层、气孔、裂纹等缺陷时，超声波束进入后出现全部或者部分反射，在探头接收到反射波后，会在仪器上显示波形，可以根据波形变化情况，判断工件的深度、缺陷位置、形状等。

二、超声波无损检测技术在桩基工程中的应用

（一）桩基承载能力检测

在桩基工程中超声波检测技术对其承载能力的检查可以分为两种，高应变动测法和静荷载实验法。超声波静荷载实验法可以对桩基纵向施加的承载力进行检测，在桩基检测过程中需要在其顶部位置施加静荷载，通过对收集到的曲线参数变化情况可以初步分析出桩基承载力，为桩基工程的开展提供数据支持，保障施工质量。超声波静荷载实验方法在桩基承载力检测时所需实践较长，并且检测成本较高，同时在桩基检测时对施工安全系数具有较高的要求，因此，使用静荷载检测方法无法获得准确的结果。高应变测试方法可以检测桩基的单桩承载能力以及桩身完整性。检测时需要使用高于桩基重量力度的锤重，通过自由落体的方法锤击桩基顶端位置，利用桩基顶端位置传导出的波束测试桩基动力系数，对收集到数据进行分析可以获得桩基承载力。

（二）桩基完整性检测

在检测桩基完整性时，使用低应变动实验技术是最有效的方法，低应变动法是对桩基顶部位置施加低频率的振动能量，可以引起桩基与周围土体产生共振，利用检测设备或者仪器对土体产生的共振速度进行收集并检测，然后通过超声波阻抗理论和振动原理，分析和计算反射回来的超声波参数，以此来获取桩基完整性和施工质量，并评估桩基承载能力。在检测桩基完整时，可以利用超声波透射方法进行检测。超声波透射检测方法是通过超声波传导学理论，对混凝土中传导的声波参数展开分析和检测，如幅度、声速、频率、音频等，对声波传导情况以及参数变化进行分辨，可以获得准确的桩基完整性、断层部分、连续性各项参数。此外，利用超声波透射检测方法可以获得准确的桩基缺陷大小和位置等因素，为桩基工程施工质量提高保障。

三、工程实例分析

（一）工程情况

张家口纬二桥是以高山滑雪为原型设计的塔桥，纬二桥横跨清水河，塔桥总长为162m，桥梁宽度为15m，梁面积约为8262平面米，道路面积约为25819平方米，栓箱梁总长为61m，钢箱梁长为101m，塔高为45m，桩基数为47根。道路为双向车道。张家口纬二桥西起清水河，东接滨水南路，与京张铁路遥相呼应。使用超声波无损技术检测纬二桥桩基时，需要对桩基内部填埋检测管道，然后在超声波检测设备的帮助下，向桩基发出信号，当超声波检测装置接收到信号后，会通过检测设备进行判断和分析声波信号，主要是利用超声波传播时间、幅度值、频率等，对收集到的信号进行分析后可以判断出桩基的完整性，内部是否存在缺陷等问题。在超声波传输速度分析过程中，如果发现速度低于正常速度，则表明桩基内部存在缺陷和质量问题。若在检测时出现多个检测点速度都低于正常速度并且呈现出离散型，则可以确定桩基内部有缺陷问题。在使用超声波波动幅度值对纬二桥桩基承載力位置分析时，若测试数值比标准数值低，则表明测试位置存在一定的质量问题，若需求对明确测试结果，却对进行多次测试。

（二）检测分析

在桩基检测中使用钻芯检测方法验证钻孔灌注桩基质量，通过超声波检测法对桩基的缺陷位置和桩基完整性进行检测。通过对检测数据进行分析后，可以得出测试桩为基础桩型，桩基深度一致，波速与波幅深度一致。通过使用波幅分析法、PSD判断法、波速对比法，分别判定施工质量和桩基完整性。使用PSD判断法可以准确获取桩体发生形变出现缺陷的问题，检测时不会受到桩基非缺陷影响因素的干扰。如果对桩基进行检测后发现桩基深度位置质量变化较为明显，就说明桩体深度位置存在的缺陷。桩基本身具有的弹性模量会对超声波传播速率产生一定影响，因此使用声速对比法可以声波平均波速进行检测，然后使用概率法可以对超声波速的临界值进行判断，可以准确获得混凝土的密度。波幅判断检测方法可以反映出超声波在桩基中的衰减情况，若检测到波束出现衰减变化，则说明桩基存在缺陷问题。

结论：综上所述，桩基工程是隐蔽工程，其质量是否良好会影响到整个建筑可靠性、安全性，同时也会对社会人民以及建筑单位产生影响。超声波无损检测技术作为一种高科技技术，在不破坏桩基结构的同时，其检测结果可靠且准确。在桩基工程中应用超声波检测技术，可以帮助施工单位做好质量检查实验和工作，及时发现桩基存在的质量问题和缺陷，保障了桩基工程的质量安全。

参考文献：

[1]常新聆. 超声波无损检测技术在桩基工程中的应用研究[J]. 百科论坛电子杂志，2019，000（004）：257-258.

[2]温健平，谢斌龙. 探讨超声波无损检测技术在桩基工程中的应用[J]. 江西建材，2017（24）：94-95.

[3]邓逆涛，张千里，陈锋，等. 跨孔地震CT技术在桩基检测中的应用[J]. 铁道建筑，2018，058（001）：59-62.

[4]林维正，夏启清，袁益镛，等. 钻孔灌注桩混凝土质量超声波检测法[J]. 无损检测，1990，12（02）：4-6+16.

作者简介：

胡志刚（1982-）男，汉，江阴，本科，江苏法尔胜材料分析测试有限公司，工程师，研究方向：无损检测