基桩检测中关于超声波透视法的应用研究

摘要:10年7月，无锡市建设工程质监站自主开发了监管平台，对基桩的构建进行实时的检测；与此同时，无锡市在基桩检测中开始广泛的使用超声波透视技术也是近年来的一个发展趋势。文章对近年来的实践进行了总结，从超声波透视原理入手，着重的论述了此方法的测试方法及数据分析。

关键词：基桩检测；超声波；透视法

Abstract: 10 years July, wuxi city construction engineering quality monitoring stations on the supervision of independent development platform, the foundation pile of the construction of the real-time detection; At the same time, the wuxi city in the foundation pile testing began in the extensive use of the ultrasonic technology is also a recent perspective of a development trend. This paper the practice in recent years is summarized, the ultrasonic perspective from the principle, this article discusses the method of test methods and data analysis.

Key words: the foundation pile detection; Ultrasonic; perspective

中图分类号： P631 文献标识码：A 文章编号：

基桩检测的兴起是与大直径钻孔混凝土灌注桩的广泛应用分不开的，特别是随着科技社会的发展，国家的基础建设正在迅猛的开展，各种桥梁、高楼以及水电设施都离不开基桩检测。而由于超声波检测是在不破坏基桩的前提下的无损检测，可以准确的对于混凝土的质量、缺陷以及混凝土构件进行方便、快捷的检测，非常的适用于工程检测中的质量评估。

1.超声波透视原理

声波作为弹性波的一种，在混凝土或者岩土中的传播服从弹性波的传播规律。在初始扰动的条件下可以使得这一震动以波的形式在介质中传播，而这一弹性波就可以利用弹性力学的方法进行推导分析。在弹性力学中，纵波（Vp）和横波（Vs）在介质中的传播速度分别为：

由上面两式可见，弹性波的速度与介质的种类及性质有直接的关系。实际的使用中，通过人为的发出弹性波并通过特定的仪器接受，以此来对测定波速，从而可以得到待测物体的内部特性，这就是弹性波探测法的理论依据。

实际实施过程中，由于弹性波在混凝土中的传播速度已知（3000―4000m/s），而弹性波在遇到混凝土中的夹泥、缝隙、密度差等原因时就会改变速度，从而传播的时间变长，并产生漫反射现象。特别是遇到空洞现象时，声波会在混凝土与空气的界面发生明显的散射，致使声波的震动减弱、畸变。而通过分析接收到的声波的振幅、速度以及波形就会得到基桩的内部缺陷情况。

超声波检测适用于检测桩直径大于0.6米的混凝土灌注桩，过细的基桩会加大检测管与声波换能器的干扰，从而加大误差。

2.测试的方法

2.1测试要求

当今常用于基桩检测的超声波检测仪器一般由以下几部分组成：发射头、接收头、放大整形器、声波脉冲发生器与显示、数据处理系统。而被检测基桩一般要事先的埋设垂直的测管，测管的埋设要求为塑料管或者金属管，下部封闭而上部加盖，并高出桩顶100mm，内径要控制在50-60mm。同时保证与混凝土的粘结牢固，竖向平行。而埋设的测管数量要根据基桩的直径决定，如下表1；并且测管的布置要合乎规范，如下图1：

表 1 不同桩径埋管数表

桩径（mm） 0.6m＜D≤0.8m 0.8m＜D≤2.0m D＞ 2.0

埋管数 2 3 4

D≤0.80.8m＜D≤2.0mD＞2.0m

图 1 测管布置图

2.2基桩检测步骤

（1）检测之前首先要对于带检测的基桩的直径大小进行测量，根据待测基桩直径来选取换能器以及进行参数、系统延迟时间的设定。

（2）进入现场测量时要对于基桩内测管的一系列的几何参数进行测量、核实：测管的实际深度、测管的内外径、各个测试剖面的两管外壁的距离。然后还要对于测管的通畅情况进行检测，以保证换能器可以在测管的全程范围内顺利的升降移动；在此基础上对对所用到的声管进行剖面组合，绘出检测简图。

（3）一切就绪后就可以正式的进行测量了，首先将发射头和接受换能器放入测管的测点处，然后进行同步的升降，保证测点的间距在250mm以内，同时实时的记录接收到的信号的波动曲线，得到周期值、首波峰值、声时，直至完成简图规定的破面的检测。

（4）将测得的曲线及数据进行整合分析，对于可疑点进行进一步的加密测试或者斜测、扫测，以达到确定缺陷范围与位置的目的。

3.数据的分析及桩身完整性分析

现今对于桩身完整性的判断主要是由：声幅判定、声速判定、PDS判定分别给出测量依据，并在各项声学参数、实际波形图的配合下得到桩身完整性的准确判定。此外还可能应用到的判据有：声时判据以及以此为基础的声速判据。t判据和主频判据。而具体的桩身完整性评价要在检测的基础上按照下表2进行。完整的桩身所得到的声时曲线为直线，没有明显的弯折，波幅明显的衰减，如图2（a）；如果桩身局部有夹层或者断桩所得到的声时曲线会伴随明显的波峰，衰减强烈，如图2（c）；如果桩身出现夹泥或者蜂窝现象，声时有增加，并且伴随着10%―20% 的相对差，畸变明显，如图2（b）。

表2 桩身完整性判定表

图2 正常、畸变、严重畸变波形图

4.影响超声波透视法基桩检测的因素

超声波透视法作为无损检测方法，实际的实施中经常的受到一些不利的因素的影响，从而干扰了基桩检测的效果。常见的影响因素可以概括为以下几类：

（1）声测管对基桩检测的影响。声测管的连接要使用规格合理的钢套管，避免使用直径过大的钢套管，以防影响封闭性，进而干扰测验结果。

（2）电压对基桩检测的影响。由于检测一般在室外进行，给非金属超声检测分析仪供电的电瓶在使用一段时间后会发生电压降低的现象，引起所测的幅值明显的低于正常值。

（3）零声时与换能器贴声测管壁对基桩检测的影响。由于超声波检测的零声时由系统延迟t01、耦合水层延迟t03、声测管壁中的延迟t02构成，其中t03在受到换能器与声测管的干扰后会产生较大的干扰，并且其对结果的干扰程度随着声测管的直径增大而加大。

（4）藕合水对基桩检测的影响。耦合水作为接受换能器与发射管和桩体的耦合介质，起着传到超声波的重要作用，如果实际中使用含有泥沙的杂质水，就会造成首波值明显的衰减，产生误判。

5.结束语

超声波透视技术作为无损检测的重要途径，对于基桩完整性的检测时比较科学、准确的。其检测结果不仅可以作为桩身完整性评价的依据，也同时为缺陷部位的对策制定提供了可视化的数据支持。但是由于此方法不可避免的受到一些干扰因素的影响，因此可以有选择的与钻心取样或者小应变法结合进行实施，以进一步提高准确性。

参考文献:

[1] 《工程地质手册》编委会．工程地质手册[M]．第4版．北京：中国建筑工业出版社，2007．

[2] 《桩基工程手册》编委会．桩基工程手册[M]．北京：中国建筑工业出版社,2008.

[3] 建筑基桩检测技术规范(JGJ106―2003)[S]．北京：中国建筑工业出版社,2003.

[4] 全明周，曹茂春。张鸿斌．声波透射法对大直径基桩质量检测判别及分析[J]．能源技术与管理，2003(4)：89―91．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。