浅析声波透射法在基桩检测的应用

　　某项目部承建的某大桥DyK24+647(2-24.0m+30-32.0m)位于某市区断陷盆地，主要地层为第四系冲积洪黏质黄土、粉质粘土。桥梁钻孔灌筑桩共计294根，其中最长桩长为52m，孔桩深度≥40m的共计262根，均需采用声波投射法进行桩基检测。桩基声测管的质量要求及布置方式为：声测管每节长度8.0m，总长度为桩长H+3.0m，每根桩3根。材料采用A3钢，内径43mm，对声测管底端采用钢板进行有效封闭，钢管沿桩身全程埋设，管内无异物，完成埋设后顶端封闭，顶端高于桩顶30cm;声测管固定在桩身钢筋及桩身配筋范围内的加强箍筋内侧，应焊接牢固，保持竖直。

　　2.声波透射法检测技术、及仪器组成

　　2.1声波透射法在基桩检测中的几种方式

　　(1)桩内跨孔透射法。将两根或两根以上的声测管预埋在桩内，通过安置在管道内的换能器发射穿透混凝土的声波，由另一管道内的接收换能器进行接收，从而检测桩的质量，当采用大直径灌注桩时，也可使用钻芯法所打的孔进行检测。

　　(2)桩内单孔透射法。当桩内只能有一个孔道时，可以采用单孔透射法进行检测，将换能器放置在孔中，换能器间采用隔声材料进行阻隔，声波发射后经过藕合水进入孔壁混凝土表层，在传播一定距离后经过藕合水到达接收器上，从而测出相应的声学参数，当管道中存在钢质材料时，将会对声波的绕行产生影响，则不能采用该方法。

　　(3)桩外孔透射法。当在桩内难以打孔时，可以紧贴桩身土层钻孔作为检测通道，检测时要在桩顶面放置一个发射功率较大的平面换能器，声波沿着混凝土向下传播，通过孔中的藕合水被接收换能器接收，从而测出相应的声学数据，该方法受仪器发射功率的限制较为明显，一般用于判断判断夹层、断桩、缩颈等缺陷。

　　2.2声波透射法的基桩检测仪器

　　(1)超声探头。基桩检测中所用的探头一般为柱状径向振动换能器，为了通过安装前置放大器的方式提高接收换能器的灵敏度，考虑到换能器一般在水下工作，因此，要求其保证在100m水深条件下不出现漏水的情况。

　　(2)超声仪。发射系统应保证能够输出250一1000v的脉冲电压，激发压电体的脉冲波可为阶跃脉冲或矩形脉冲。接收系统的频带宽度宜为5一50kHz，增益应仪器的测时范围应大于2000μs，计时精度应高于1μs。

　　(3)探头升降系统。为了测量不同深度范围内的混凝土基桩质量，应布设探头升降系统，使得超声探头能够在声测管中按要求升降。一般采用人工升降或电动升降两种方式。

　　3.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。

　　3.1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。

　　3.2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。

　　3.3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。

　　4.超声波检测中的若干体会

　　4.1应正确理解并处理相关规范中关于桩身完整性的判定

　　基桩检测的相关规范中，根据桩身是否存在缺陷及存在缺陷的严重程度，将桩的完整性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四个类别;并根据各检测剖面的声学参数异常点的分布情况及异常点的偏离程度，决定被测桩的完整性类别;对实际的检测数据，采用概率法确定声速临界值来评判声速是否异常，采用平均幅度减去6dB作为幅度临界值来评判幅度是否异常。但是由于混凝土是集结型的复合材料，多相复合体系，分布复杂界面(骨料、气泡、各种缺陷)，因此其检测的声参数据波动较大，加上灌注桩的混凝土需要自密实、地质条件以及成桩工艺复杂等情况，其声参量的波动性就更大了，因此在实际测试的过程中完全不出现异常测点的可能性较小，因此不能机械的理解并执行规范中桩身完整性的判定标准(规范对声参异常判断均采用“可判断”)，否则工程上很难有Ⅰ类桩，也不符合桩的完整性分类的定义。

　　4.2判断混凝土质量的几种声学参数的比较

　　声速：声速的测试值比较稳定、重复性较好，受非缺陷因素影响小，用平均声速减去2倍标准差作为有无缺陷的临界值;在同一根桩的不同剖面以及同一工程混凝土配合比相同的不同桩之间相互比较，是判定混凝土质量的主要参数，但是声速对缺陷的敏感度不如波幅。

　　波幅：接收波波幅通常指首波波幅，即第一个波的前半周期的幅值，在发射强度一定的情况下，波幅值的大小直接反映了超声波在混凝土中传播衰减的情况，波幅对缺陷很敏感。用声波波幅衰减值作为声波波幅衰减值的临界值;声速离散系数判据灌注桩混凝土均质性级别：

　　波形：接收波形也是反映混凝土质量的一个重要信息，它对混凝土内部的缺陷也很敏感，在在现场检测时，除逐点读取首波的声时、波幅外，还应观察整个接收波形态的变化，作为声波透射法对混凝土质量进行综合判定时的一个重要参考信息。

　　4.3声学参量与缺陷性质的关系

　　混凝土内部存在缺陷必然会引起声学参量的变化或波形畸变。

　　①对于混凝土离析造成的骨料堆积、砂浆缺少的缺陷，由于骨料声速高于砂浆，因此该缺陷处的声速基本不会比正常混凝土低甚至偏高，但是声波经过的界面明显增多，导致幅度下降。相反对骨料少而砂浆多的低强度区其波速偏低，但幅度基本不变甚至偏高。

　　②对于坍塌形成的缩颈、夹砂夹泥缺陷，导致该处的声速、幅度较正常混凝土均有明显下降，因为缺陷介质的声速低于混凝土，衰减系数高于混凝土。

　　③桩底一段深度范围内的波速和幅度的明显下降表明桩底存在一定厚度的沉渣，因清孔不彻底遗留在成孔过程中的地层松散体，成分复杂、波速低、衰减大。

　　④桩头部分波速和幅度明显、缓慢下降一般表明该范围内浮浆过多、强度较低，因为灌注桩浇筑工艺会导致在浇筑过程中上部骨料较少，浮浆及气泡较多，如果浇筑到桩头部位时上述浮浆未排除会造成波速和幅度及强度降低。

　　5.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。检测后的结果和钻孔取芯的结果很是准确明了，因为声波透射法不管是判定缺陷还是位置都是极其准确的，因此，测量的结果完全可以作为施工单位的进一步进行的参照，而且这种参照不但可靠，并且科学。