超声波透射法检测桩身完整性分析探讨

【摘 要】超声波透射法是桩基完整性检测方法中的重要手段，本文结合工程检测实例对声波透射法进行分析探讨，并作出了一些总结。

【关键词】超声波透射法；桩身完整性；缺陷；声学参数

1 引言

混凝土灌注桩是建筑工程桩基础的主要形式，由于其成桩质量受地质条件、成桩工艺、机械设备等因素的影响，较易产生夹泥、混凝土离析及桩顶混凝土密实度较差等质量缺陷，影响桩身刚度，危及主体结构的正常使用与安全，尤其混凝土灌注桩是隐蔽工程，因此加强对桩基础质量控制，对桩基进行完整性检测是十分必要的。

超声波透射法是桩基完整性检测方法中的主要手段之一，因其检测范围全面、检测结果准确可靠，不受桩长、桩径限制等特点，已在混凝土灌注桩完整性检测中广泛应用。本文结合非金属声波仪在工程检测过程中的应用，对声波透射波检测桩身缺陷，进行了一些分析探讨。

2 基本原理

首先在被测桩内预埋两根或两根以上竖向相互平行的声测管作为检测通道，管内注满清水作为耦合剂，将超声脉冲激励发射换能器与接收换能器置于声测管中，由激励发射换能器产生超声波脉冲，穿过桩体混凝土，并经接收换能器，由仪器接收并显示接收的超声波波形，判读出超声波穿过混凝土后的首波声时、波幅以及接收主频等声学参数，当砼内存在不连续或破损界面时如松散、蜂窝、孔洞、夹层时，将使波产生散射、反射、透射及绕射。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，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置 [3]。声时、波幅及主频等测试数据处理由超声波透射法分析软件完成。

3 检测实例分析

此次采用非金属声波仪对泉州地区某段高架桥的桩基质量进行检测，评价桩身完整性。例举两例简单说明测试数据的分析及桩身缺陷判定。

3.1 桩1为端承灌注桩，设计桩长12.30 m，桩径1.2m，砼强度等级C30，实测声速、声幅和PSD曲线图见图1，三个剖面声学参数均无异常，声速大于声速临界值，桩身完整判为Ⅰ类桩。

3.2 桩2为端承灌注桩，设计桩长9.30 m，桩径1.2m，砼强度等级C30，实测声速、声幅和PSD曲线图见图2，AB剖面波幅在9.10-9.30m明显降低，波幅比平均幅度下降20dB，AC、BC两个剖面声学参数在9.10-9.30m处同时出现异常，异常范围的声速比声速临界值低，声速比平均声速下降57%，波幅比平均幅度下降19dB，PSD值明显突变。桩身完整判为Ⅳ类桩。经钻芯查验，9.09-9.49m为桩底沉渣成分为中粗砂。

4 超声波检测中的几点体会

4.1 几种声学参数的比较

声速、波幅和主频是反映桩身质量的声学参数测量值。

声速：声速的测试值比较稳定，变化规律性较强，在同一根桩的不同剖面以及同一工程不同桩之间可以相互比较，是判定混凝土质量的主要参数，但声速对缺陷的敏感度不及波幅。

波幅：在发射强度一定的条件下，波幅的大小直接反映了超声波在混凝土中传播衰减情况，波幅对缺陷很敏感，是判定混凝土质量的另一主要参数。但波幅受仪器设备性能、耦合剂、测距变化等诸多因素影响。

主频：主频漂移程度反映了声波在桩身混凝土中传播时的衰减程度，主频值变化，体现混凝土质量优劣。

斜率法的PSD值：是判定桩类别的一个重要指标，它表示声时变化的平方与距离之比，PSD是一个非常敏感的指标，任何缺陷的变化，都会使PSD发生大的变化，使用PSD时可以克服由于管斜而造成声速无法使用的情况。

实测声波波形：观察整个波形态的变化，衰减情况，也是对混凝土质量综合判定时的一个重要参考信息。

实际检测中，应根据异常点的实测声速、波幅、PSD值、实测波形与正常混凝土波形的偏离程度和畸变情况综合判定。

4.2 声学参数与缺陷性质的关系

4.2.1 对于桩身夹泥砂、空洞、缩径等缺陷，导致该处的声速、幅值明显下降，因缺陷介质的声速低于正常混凝土、衰减系数高于混凝土。可通过斜测或扇形扫测确定桩身缺陷的位置和范围。

4.2.2 对于混凝土离析造成的骨料堆积、砂浆少的缺陷，由于骨料声速高于砂浆，该缺陷处的声速会比正常混凝土声速偏高，伴随声波绕射，能量损失大，波幅明显下降。相反当声速较低，波幅较高时，一般是因为砼离析后细骨料集中或砂浆引起的[2]。

4.2.3 桩底一段深度范围内的波速和幅值的明显下降，表明存在一定厚度的沉渣，该松散体成分复杂，声速低、波幅衰减大。

4.2.4 气孔密集的混凝土，声速不会明显降低，波幅明显下降。

4.2.5 桩头部分波速和幅值明显、缓慢下降，表明该范围内浮浆过多、强度低质量差。

4.3 检测现场常见的问题及处理

4.3.1 检测过程中接收信号消失。造成该类现象的原因，一是声测管内无水，二是仪器设备系统故障，三是桩身严重缺陷，声波能量很弱使得接收端接收不到信号。首先检查声测管内是否有水，加满清水后仍无信号，将换能器上提一段距离，如信号逐步恢复正常，则为桩身严重缺陷。提出声测管还是无信号，可将换能器平行放置于空气或水中（5cm）左右，采样、观察是否有接收信号，无波形则仪器设备系统故障。

4.3.2 判断设备系统故障的部位。将超声仪接上平面换能器，相距5cm左右进行采样，如波形正常则超声仪无故障，判断为换能器故障。如发射换能器故障，采样时无嗒嗒响声，用平面发射换能器的幅射面对准径向接收换能器，接收信号正常。如无波形，则接收换能器损坏。

4.3.3 接收时好时坏。换能器刚下至声测管底，测试波形正常，一会儿波形异常。在地面检查或换能器干燥后波形正常，该现象是换能器信号线破损、水密性丧失引起。

4.3.4 桩头部位测点声速、幅值下降。检查桩头部位混凝土质量良好，可能是由于声测管与混凝土产生间隙造成，在桩头浇清水可改善。

5 结语

本文对超声波透射法检测桩身完整性及缺陷判定、常见的问题进行了一些分析探讨。由于声波在混凝土中传播过程是一个相当复杂的过程，目前对于桩身缺陷的分析尚处于经验阶段，有待进一步研究完善。随着工程建设的快速发展，对灌注桩质量完整性检测的必要，超声波检测与其它检测方法相比具有众多优点，伴随仪器设备改良及测试精度提高，该检测技术具有广阔的市场前景。

参考文献

[1]《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)。中国建筑工业出版社。2003年。

[2]陈凡，徐天平，陈久照，关立军编著。基桩质量检测技术。中国建筑工业出版社。

[3]罗骐先。桩基工程检测手册。北京：人民交通出版社，2003。