基桩声波透射法检测各判据精度探讨

Detecting Each Criterion Precision by Acoustic Penetrating Test of Foundation Pile

Zhong Huisheng；Zhang Jintuan

①Xi'an University of Architecture and Technology School of Management，Xi'an 710055，China；

②Zhonghe Quality of Testing in Wuhan Co.，Ltd.，Wuhan 430082，China；③Hezhou University, Hezhou 542800，China）

摘要：声速、声时、声幅、主频这四个声测参数是判断桩基完整性的主要依据。而在实际桩检中，各参数都不能达到足够的精度评判出桩身质量的好坏，必须经过综合比较加以确定，仅评某一参数的异常来作出判定容易得出相左的结论。并且PSD、声速参数可以归为同一参数。

Abstract： Four sounding parameters of acoustic speed, acoustic time, acoustic amplitude and basic frequency are the foundation of judging integrity of foundation pile. In the actual test of pile, each parameter is not precise enough to judge the pile quality. We must judge through comprehensive comparison. Certain abnormal parameter can not be used to make judgement; otherwise, contrary conclusions are easily obtained. And parameter of PSD and acoustic speed can be classified as same parameter.

关键词：基桩检测 声测判据 精度

Key words： test of foundation pile；sounding criterion；precision

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）19-0095-02

0引言

应用超声波投射混凝土检测桩体完整性，是一个成熟而又年轻的方法。说其成熟是因为，在国内经历了近五十年的研究，已经获得了大量的研究成果，其判断依据已经逐步成熟起来，各种声测参数能够比较准确的获得并用以判别分析。说其年轻是因为，各参数的分析深度有待加强，无法使用一个参数来做出质量评定，而最重要的是无法将桩体的强度即使用性能，通过各参数反映出来。

1各参数研究脉络

目前，各参数的研究都已经开展，并且提出了许多的判据，而各判据的使用却存在一定的局限。

南京水利科学院罗骐先早年曾提出一种判断缺陷的方法，即“概率法”，此方法经多年实践已经作为判断缺陷的基本方法列入各类超声波规程中 [1-2]。该方法粗略认为，正常混凝土的声学参数是符合正态分布的缺陷是由过失误差引起，它的声学分布不符合正态分布。湖南大学吴慧敏等[3]在对郑州大桥灌注桩的超声波透射法检测结果的判定过程中，提出了一种判断桩内缺陷的方法，以“声参数一深度”曲线相邻两点之间的斜率与声参数差值之积为判断依据，简称“判据”。该方法认为缺陷处波速明显变小，即声时明显变大，与相邻正常测点对比，形成一突变。巫英凯、黄永莱、王根清等[4]在中国水利学会第二届混凝土无损检测学术会议上提出了“基桩混凝土无损检测一超声波脉冲NFP法”。广州建科院陈如桂[5]提出了“逆概率解释法”，它在概率法和PSD判别法的基础上以随机函数为前提，在有干扰的基础上分离有用的强弱异常，进一步克服传统方法中错判和漏判缺陷的缺点。福建省建筑科学研究院叶健[6]提出了“声波透射法桩基检测技术中声测管距真实管距求解及CBV判据”。河南交通基本建设质量检测监督站阎光辉[4]提出了“PSD、V、A综合判断法”，其分别将PSD、V、A判据，根据工程经验进行细化，再加以综合考虑。南京水利科学研究院宋人心等[7]提出了“灌注桩声波透射法缺陷分析方法一阴影重叠法”，将加密对测和斜测的检测结果标示于检测剖面图上，可以更直观的分析判断缺陷的范围。

超声波透射法检测混凝土灌注桩桩身缺陷、评价其完整性的依据是通过测定声波经过混凝土传播后各种声学参数的量值得出的，声波在有缺陷介质中传播路径如图1。目前混凝土质量检测中所用的声学参数主要有波速、波幅、频率及波形。混凝土的波速与其弹性性质及混凝土内部结构有关波幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减程度的指标之一，它的强弱与混凝土的弹塑性有关，它对缺陷区反应比声时更为敏感接收波主频率实质是介质衰减作用的一个表征量，当遇缺陷时衰减严重接收波形可以根据波形畸变程度作为判断缺陷的参考依据。这几种声学参数都是判断混凝土质量的重要参量。

2各类判据的评判

声速、声时、声幅、主频这四个声测参数是判断桩基完整性的主要依据。其中，声幅、主频、声时是仪器中实测的绝对数值，能直接表达桩身材料的一定性能。而声速却是一个相对变动参数，其准确数值的获得必须要另一非判据参数-测距的确定来间接计算得出。

2.1 测距在声测过程中测距参数是在隐蔽工程中难以实测的数据，其参数的获得只有通过测量管口的管间距来间接反映桩身管间距，而规范中对声测管间距测试精度要求为1%，这在实际施工中是难以达到的。声测管一般为金属材料制作而成，其变形一般较小，而在实际施工中，特别是深桩施工中，累积长度的扭曲往往较大，再由于绑扎不牢等因素的存在，易使声测管出现扭曲，这样就无法保证声程的一致性。而在实际检测工作中，常见到桩头或桩底出现声时值的快速滑移现象。而导致声时滑移的因素主要有两个，一是介质性质发生变异，二是声程发生变化导致声时变化。这些影响因素的存在，是检测工程师们所熟知的，并且通过规范易知声测是粗侧混凝土的完整性，而对混凝土的其它性质无法统一给出。这样就限定了声测的应用范围，使其工程应用领域偏狭。

2.2 声时值在超声检测中声时参数是一个相当重要的参数。其数值的获取由设备自身自动获得，为声测唯一准确值。声时值作为一个声测判据，能够反映混凝土的质量差异。当声时出现突变时，一般认为混凝土质量存在差异。而声时差异出现的另一因素是，声测管的扭曲变形，往往这种差异仅仅表现在声时值的变化中，同样会对声速值产生一定的影响，而从其他判据中可以看到比较正常的波形，特别是对于波幅参数中。

2.3 PSD判据与声速而从另一个方面来看，声测的声时实测值为PSD判据的推定依据，同样声速为声时推演值，因此二参数的判断依据与判断结果必定是一致的，声速的减少声时必增加，表现在判据曲线上，声速的下凹，而在PSD对应位置为曲线的上凸。因此，二判据具有高度的一致性，即二判据可以舍一，仅取声速判据足以。

2.4 波幅和主频参数而对于其它两参数，波幅与主频的稳定性更差。主频离散性太强，几乎布满了整个频域限定的范围，因此主频只是用于对声波收发波束的筛选功能，无法作为一具体的桩身质量判据。波幅判据为一稳定性较高的判据，但是其判断精度也无法保证，因其反映的是接收到的首波的波幅值，而一般首波波幅较后续叠加波小很多，也就是说只要接受探头能够接收到频域范围内的声波则声幅值比较稳定，除非缺陷较大，波能损失殆尽，通过波幅可以反映出部分缺陷。

2.5 各参数的改进分析综上可以看出在有价值的判断中声速值是一最敏感的参数。而声速值的由来却无法得到准确的保证。在实测资料中经常获得≥5km/s的声速值，已接近钢材的声速值，而实验室中标准试件的声速值为3.8-4.6km/s，因此这一较大数据的采集得不到有效的理论解释，而地下桩体中常含有比标准试件更多的裂隙和水，而裂隙和水的存在只会减少声速，而不会增加声速值，这就给我们提出了一个新的研究课题，对声速测量的准确化。

在上文中提到了，声速、测距、声时是三个相关参量，只有知道两个才能确定第三个，因此可以通过一定的技术手段是测距能够准确化来换算声速值。

对于波幅的研究多是通过首波波幅值来反映桩身质量，对于后续波形形态的研究较少。因为后续波形为声波在混凝土内部经复杂的反射、折射、绕射等过程得到的，分析起来具有较大难度，并且其分析价值的多少还有待进一步细化研究。

3结语

通过对各参数的对比分析，可以看出，虽然超声检测已经历了几十年的发展到目前已经成为在工程中成熟应用的基桩检测技术，但是却存在着一个难以逾越的难题。这就是对桩身质量的定量化评定，以上各种手段都难以做到定量化，并且各有利弊，需要综合考虑来评定桩身质量。

而工程实际应用的桩体，是桩身的综合评定，即桩身在存在缺陷的情况下能不能达到设计要求的强度。大量学者都研究了声速与强度的关系，但是由于影响因素过多，无法形成统一的函数关系。这也成为一个亟待解决的问题。

参考文献：

[1]陈凡，徐天平，陈久照等.基桩质量检测技术[M].北京:中国建筑工业出版社，2003.222-313.

[2]建设部一建筑基桩检测技术规范[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[3]罗骇先.半个世纪的回顾一混凝土声学检测技术在我国的发展[J].第七届全国建筑无损检测技术学术会议论文集，2001.

[4]阎光辉，何荣裕.基桩完整性PSD、V、A综合判断法[J].岩土工程界，Vll.5(1).

[5]刘金砺.桩基工程检测技术[M].北京：中国建材工业出版社,1993.

[6]叶健.声波透射法桩基检测技术中声测管距求解及判据[J].第六届全国建筑工程无损检测技术学术会议论文集,1999.

[7]宋人心，王五平，傅翔等.灌注桩声波透射法缺陷分析方法一阴影重叠法[J].中南公路工程，2006，Vol.31(2).