声波透射法在基桩检测中的影响因素

摘 要：该文简要介绍了声波透射法的原理及测试方法，结合现场检测过程中出现的问题探讨声波透射法在基桩完整性检测中应注意的几个问题，以供参考。

关键词：基桩检测 声波透射法 缺陷 注意问题

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-0-02

桩基础是一种重要的基础形式，其具有抗地震性能好、沉降量小、承载力高等优点，在桥梁工程中得到广泛应用。但受施工条件、工艺特点和管理水平等因素的影响，基桩容易产生缺陷，存在质量隐患。因此，有必要对基桩的施工质量进行检测，以排除隐患。

随着现代工业和科学技术的发展，无损检测技术的发展也日趋成熟，已受到各个工业领域和科学研究部门的重视。基桩的声波透射法检测在工程质量控制中是比较重要的方法，超声检测仪作为它的辅助设备，可以得到三个与混凝土性质密切相关的声学参量，包括：声时、波幅和波形，然后再对这些声学参量进行分析，从中得出混凝土灌注桩的桩身质量情况。

1 基本原理

由超声脉冲发射源在混凝土内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特征。根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，在测区范围内得出混凝土的密实度参数。当混凝土无缺陷时，混凝土是连续体，超声波在其中正常传播，接收系统接收到的声时、波幅和波形均匀、正常。当混凝土内存在缺陷时，其连续性就会中断，在缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射、反射以及缺陷对波的吸收衰减，接收到的透射能量就会明显降低；当混凝土内存在严重缺陷时，如蜂窝、孔洞、不粘稠等，将产生波的散射和绕射，接收到的声时、波幅将明显降低，波形严重畸变甚至丢波。声波透射法检测桩身质量，即通过测试记录不同测面、不同高度上的超声声学参量，经过处理分析就能判断桩身的完整性。

2 测试方法

声波透射测试方法主要有三种：平测法、斜测法和扇面。

（1）将发射和接收两换能器始终保持在同一标高上进行测试称之为评测法，这种方法可以了解缺陷在桩长方向上的范围大小和损坏程度，但缺陷在桩身水平方向上的大致位置是不能被确定出来的。

（2）斜测法是指在发射和接收两个换能器之间采用固定的高差进行测试。一般而言，高差越大，缺陷在水平方向的范围越精确，但是，各种干扰信号就非常强，测试信号比较弱，非常容易出现误判的情况。因此，在测试时，为保证较好的信号，发射、接收换能器中心连线与水平面的夹角一般取30～40 °，不能太大。斜测法常作为平测法的补充测试方法，一个测线通常需要测两次，即第一次发射换能器比接收换能器标高，第二次使发射换能器比接收换能器标高低，但高差绝对值保持一致。通过这种方法，可以大致确定缺陷在水平方向上的范围。

（3）扇形测法即固定某一固定换能器，将另一换能器等间距移动，两换能器高程差不停变换，形成一扇面。相比斜测法来说，该方法操作复杂且数据处理比较麻烦，一般只在桩存在严重缺陷的时候采用该方法。

声波透射测试方法能准确判断缺陷在桩长方向上具体部位，在水平方向上的大致范围等优点，但是也存在着不足。

（1）不能判断桩底持力层质量情况。

（2）采用平测法时，容易将水平向范围较大而桩长方向很小的缺陷给漏掉，当缺陷在桩长方向的范围小于上下两声测线之间的距离时，该缺陷就有可能被漏掉。

（3）存在一定范围的测试盲区，对整个桩身是否有缺陷是检测不出来的，只能测出声测管之间一定范围内混凝土是否有缺陷。例如桩周局部是否存在缩径、扩颈等缺陷，桩中心是否有较小缺陷。

3 声波透射法检测的影响因素

在基桩的声波透射法检测的过程中，为准确获取超声波在混凝土中传播的三个声学参量，并以之判定基桩的桩身质量，检测人员除了要掌握扎实的理论基础知识和熟练的检测操作技术外，还应该了解影响三个声学参量测量的有关因素，这样就可以在检测和数据分析处理中，把这些影响因素顺便排除掉。

（1）声测管的影响，某高速公路声波透射法检测时发现，大量桩在桩顶以下6 m范围内声时、波幅、波形严重异常，按正常的施工水平判断出现大范围缺陷的可能性不大。经多方查找原因，后来发现声测管内有较厚油污，经了解该批声测管进货时厂家在管内涂防锈油过多，灌水后油在声测管上部积聚，严重干扰声波检测。后要求施工单位采用钢筋前端绑扎布对声测管进行清管处理，并重新置换干净清水后复测，结果声时、波幅、波形均正常。

另外有时基桩成桩后由于各种原因没能及时进行检测，导致声测管锈蚀严重，铁锈对声波透射法的声时、波幅、波形均有严重干扰，甚至无法接收到波形。此时亦应先对声测管进行清管处理后方可进行正常检测。

（2）声测管管接头的影响，中长桩通常要几节管子才能连接起来，通长到桩底，两管之间接头有采用短管节套焊接而成的，也有采用螺纹连接的。不论采用何种连接方法，进行超声检测时，若换能器正好处在两管接头之处时，有可能会造成声时增大，即声速降低，首波波幅明显下降的现象。因此在分析检测数据时，若深度一波速、深度一波幅曲线上出现有规律等间距的突变时，应考虑是否是管接头的影响，可根据声测管安装的施工记录辅助判断。

（3）声测管弯曲的影响，声测管弯曲导致测距增大或减小，使正常混凝土的声时有可能超判据，此时应结合波幅与波形进行综合分析，一般情况下声波穿过的仍是均匀的混凝土，声测管弯曲对对波幅影响不大，波形仍保持正常，此时不应判为缺陷。但当声测管严重弯曲时，测距越来越小，缺陷处的声时有可能比测距较大处的声时小得多，在此处测线有可能不会超标，但仍需判为缺陷。因此在检测过程中不能根据某单一指标来作出判断，而应综合各个指标来分析是否有缺陷以及缺陷的范围和程度。

（4）泥桨比重过大的影响，当泥浆比重过大时，在声测管周围局部会附着一薄层泥皮，两声测管之间发射换能器发射的声波将穿过泥皮，声波通过低声速介质，当泥皮较薄时，对声速影响不显著；当泥皮较厚时，将使声速严重降低、首波波幅大幅下降、波形畸变严重，声波现象就不能完全的展现出来。一般情况下，当某根声测管外包有泥皮时，与该声测管有关的剖面相应部位处声学参数均有异常，通过斜测法就可以判断泥皮的影响范围。

（5）藕合剂的影响，在桩基超声波透射法检测过程中，经常会在声测管中注入清水作藕合剂，而这种方法在运用到实际施工时，一些施工单位或贪图方便、或对检测方法不甚了解，在声测管中随意注入泥水或污水，放置一段时间后，泥水发生沉淀，可能出现探头通不到管底，或者影响桩底声波信号，出现假缺陷，导致误判。实践表明，泥水中含砂率越高，对桩底声测信号的影响越大；纯泥浆对声测信号基本无影响；污水则会影响超声波的传播及接收。在某桥桩直接注入受污染的水作声测管藕合剂，检测结果发现成批桩桩顶以下约2 m范围内无声波信号，疑似桩顶严重缺陷，但现场已凿除的桩头混凝土完整密实，故怀疑声测管中的水有问题，当用清水置换管中污水之后复测，结果显示该批桩桩顶质量均无异常，属于合格桩。

（6）桩身混凝土局部细小气泡的影响，当桩身混凝土局部气泡含量较大时，虽然气泡尺寸较小，对声波的传播路径影响不大，但由于空气的存在，对声波造成强烈的吸收衰减，导致声时基本正常，声幅超判据的情况。

（7）桩底沉渣的影响，当超声检测到桩底时，如果桩低沉渣太厚，就会出现桩底声速和首波幅度急剧下降的情况，此时声速在2.0 km/s以下。

（8）检测探头的影响，用不同的换能器进行测量，得到的首波波幅值差距也比较大。因此，不能生硬的比较不同探头检测的首波波幅，应作合理的分析。

（9）混凝土龄期的影响，混凝土声速随龄期的增加而上升。但在硬化初期，声速很低，与泥砂夹层难以区别，而且在硬化初期，混凝土对声能的吸收衰减较大，信号强度较低，所以应待混凝土龄期达到规范要求后，再进行声波透射法检测。

4 结语

声波透射法是一种检测基桩混凝土质量行之有效的方法，其检测方法简便、成果反映直观、检测精度高。在检测时，对有缺陷的桩应持慎重的态度，要综合考虑各方面的影响因素，不要漏判缺陷，也不要夸大缺陷的严重程度，要分析各声学参量发生变化的原因，科学准确地评价基桩混凝土质量。

参考文献

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

[2] 罗骐先，桩基工程检测手册[M].北京：人民交通出版社，2003.