超声波透射法在桩基检测中的应用研究

吴秀娟

（广东省公路工程质量监测中心，广东 广州 510000）

超声波透射法可通过声波的有效传输，透过桩基的建筑材料进行全面的数据传递，将声波传输所形成的关键信息反馈给工作人员进而了解更多内容。此方式便于了解建筑材料的稳定性和坚韧程度，利用声波频率和速度真实呈现出材料结构，一方面可以查看建筑完整程度，另一方面，可以发现桩基结构存在的不足。

1 超声波透射法桩基检测的应用概述

1.1 检测方法

选择超声波透射法进行桩基检测，需将超声波脉冲发射换能器和接收换能器提前放在桩基内部事先准备好的声测管中，通过在声测管中注入清水进而实现换能器和声测管的耦合，最终达到检测桩基的目的。使用发射器和接收换能器实现水平同步测量，分别采集各测试点声时、波幅等重要物理量。

1.2 检测原理

在连续性比较好无缺陷混凝土建筑中超声波以直线的形式进行传播，若混凝土存在缺陷超声波接触到缺陷位置就会出现反射、折射和环绕等现象，造成其能量逐渐减弱、频率降低、波频谱产生差异、波形出现畸变，接收的声波参数发生明显的变化。根据对波速、波幅、频率变化的分析，可初步推断出混凝土结构内缺陷的性质、位置和面积，实现对桩身混凝土总体均匀程度的判断。

1.3 检测参数

声速测试值比较稳定、存在重复性不容易受到非缺陷因素的影响，是判断混凝土质量的主要参数，但是，其对缺陷的敏感程度不如波幅大，声速大小还能反映出砼强度的高低，影响砼超声波声速的影响因素比较多，包括品种、质量、砂率等等，目前声速仅仅作为桩基强度的估测参考。

研究对象为接收波的波幅，就是波的第一个前半周期又称为首播波幅。通常情况下，发射波强度比较稳定时，超声波传播的情况可以被波幅测值直接反映出来，遇见缺陷时变化比较明显可作为声速判断的补充，也是进行综合判定的主要参考之一。通常情况下，波幅比较容易受到一些非缺陷因素的影响，不可以仅凭波幅的变化情况对其进行判断。

波形就是波的图像，其作为评判砼质量的要素对缺陷比较敏感（尤其前两个周期的波形变化）是实施综合判定的重要因素，但其一定程度上容易受到非缺陷因素的影响只能作为辅助参考条件，在某个测点处psd数值出现变化时需根据该测试点附近的波幅检测对其进行分析。

主频变化主要反映出超声波在混凝土中遇见缺陷部位而发生的衰退，间接反映出混凝土当时的质量是判断砼质量的重要参考。

2 超声波透射法在桩基检测中的应用

超声波透射法依照超声波换能器的通道在桩基内不同的常见设置形式有以下三种。

2.1 桩基内单孔透射法

只有一个孔道时进行的实时监控，若一项工程完成钻孔取芯后需要明确周围混凝土的质量，此时，单孔检测法就是钻芯检测的补充方式。采取单孔检测可以将一个换能器摆放在孔内，随即采取专门的双收式换能器或者使用隔声材料对其进行隔离。

超声波从开始发射换能器后经过耦合水进入混凝土表面或者孔内部，在混凝土上滑行一定距离后，再次经过耦合水进而路过两个换能器，就能测量出超声波平沿着孔壁进行传播时的各类数据参数。使用此方式还需注意使用信号分析技术尽量将测量内壁的干扰因素排除，钢管会影响声波在孔壁混凝土中的绕行方式，如果孔道中有钢管等材料，就不可以使用此方式。

2.2 桩基桩外孔透射法

进行桩基内部不具备转换器的通道或者之上部分的施工时，施工人员可以把基桩外部的土层钻孔当作检测通道。实施检测的过程中，需在桩顶部平面放置一个发射功率比较大的转化器，此时接收转化器就能从桩外的孔中由上而下缓慢放下来，超声波沿着桩身的混凝土向下传播的过程中会穿过孔和桩基中间的层次面，随后经过孔中的耦合水来到接收转化器中，完成此过程就可以基本测出超声波的声学参数值并根据发出的信号判断桩基的原本质量。但是，此方式测量桩基长度时存在一定的限制，超声波一般情况下在土壤中的衰弱得很快，其只能大概判断出夹层、断桩和局部界面缩短的情况。

2.3 桩基内跨孔透射法

桩身质量检测的主要形式包含桩内跨孔透射法，在桩内颈上安装两根以上的声测管后装满清水，把具有发生和接收两种功能的换能器放在其中。桩基检测时使用透射法超声波从发射换能器开始，连续穿过两个声测管之间的混凝土就会被相应的接收器接收，脉冲声波从发射换能器回到接收换能器所辐射到的面积就是得到实际的有效检测范围。此外，跨孔检测法可以根据两个换能器之间的高度差异而划分为扇形扫描检测、平面扫描检测和交叉倾斜检测等方式。结合桩基的实际情况选择不同高度测试方式，依据声学参数值及波形图的变化进行桩身混凝土强度和质量的判断，以灵活的形式促使工程完成得更好。

3 超声波检测选材和声测管预埋工作

预先掩埋一部分检测通道可使换能器更快地到达需要检测的位置，使用超声波进行检测的过程需在混凝土灌注之前开始预埋声测管，随着混凝土的变化该设备就会成为桩基的一个组成部分，同时因其也是传声通道的组成部分，一定程度上会对接收到的信息形成影响。并且在桩面和横截面的不同所以对监测面积和探头提拉都会造成影响，影响测试的方法和方式与对信号的分析判断的关键因素就是声测管的预埋位置是否理想，还需对声测管的材料保持严格的要求。

3.1 选择材料

首先，选择材料时，应检测其是否可以和混凝土发生黏连。当声测管在混凝土之间时不出现缝隙，不对检测结果造成影响即可。其次，时刻保持良好的机械强度，经历混凝土浇灌时不能出现任何变化。最后，结合上述需求选择适应的材料。经大量实验后采取钢管，同时对钢管做出下述规定，如果桩身长度比15m短，需选择具有金属波纹管或者硬度比较高的PVC管材，节省不必要的费用。声测管管壁的厚度对超声波的影响比较小，所以不需特意对其进行要求，若站在节省资源的角度上而言，声测管的内部直径应大于换能器外径（约1.5公分）即可，管壁可以承受浇灌压力，即可不需要过于厚重。

3.2 安装方式

声测管需要在钢筋内侧固定，PVC管应在1m外设置一个固定点将其稳定固定在钢筋架上，钢管则需要每2m设置一个固定点将其直接进行焊接。若此位置不具备钢筋笼需先将声测管焊死，之后掩埋在桩基的底部并使用钢筋支架固定，桩顶表面声测管上半部分需要比平高高出3～5公分。桩的上部可用木桩或者螺纹盖封闭声测管的管口，全面防止其他物质掉入管中，相关桩的声测管裸露高度应保持一致。

需按照桩径大小进行声测管的预埋，结合公路桩基动测技术规定，桩径的大小不超过150公分时应埋3根管；桩径大小超过150公分需要埋4根管。结合建筑桩基检测规定，桩径小于等于80公分时不应少于2根声测管；桩径大于80公分小于160公分时不应少于3根声测管；桩径大于160公分时不应少于4根声测管；当桩径大于250公分时应增加预埋声测管的数量，声测管应根据桩面呈对称分布。声测管之间需要始终保持平衡状态，但是，钢筋骨架存在一些外部原因会导致一些误差的形成，还需对其进行充分控制。

4 结语

综上所述，利用超声波透射法可直观地判断出桩身发生缺陷的大概位置，解决了实际问题并取得很好的应用效果，因此该方法在建筑工程中得到了广泛应用。结合该技术快捷和没有损失的优势，可以看出未来具有广阔的应用前景，为满足未来的实际需求，还需要对超声波透射法进行不断的创新和完善。