基于声波透射法的桩基无损测试分析

李创明

深圳市港嘉工程检测有限公司广东省深圳市518126

摘要：声波透射法是一种可靠，直观的基桩完整性检测方法，能通过声速、波幅、PSD曲线快速确定缺陷的大致深度范围。钻孔取芯结果验证了该方法的有效性和准确性。同时，声波透射法的多种检测方式，如扇测、平测相结合，可进行基桩CT像。随着科学技术的发展，仪器性能的改进声波透射法将会得到更好的发展。本文基于声波透射法的桩基无损测试分析展开论述。

关键词：基于；声波透射法；桩基无损测试；分析

引言

声波透射法适用于大跨度桥梁的桩基检测中，并不会受到桩基长度的限制，在一定程度上弥补了高应变动测、低应变动测的缺陷。声波投射检测的原理，是将桥梁桩体作为传播介质，在超声波的传输过程中，检测其声速、波幅、能量的变化，进而对桩身混凝土进行质量判断。在声波透射检测中，可以进行定量分析，根据其声速、波幅、能量的变化，发现桩体内部的缺陷并准确判断其位置。声波的传播不均匀，反映出桩基的完整性差。为了更加全面地了解桩体结构的质量，需要进行平测、斜测以及扇形扫射，获取准确的数据。根据声时平均值、二倍标准差，可以准确反映出桩体的缺陷问题。

1桥梁桩基的常见病害

桩基是桥梁结构的基础，其连接着承台和桥梁，承载着上部结构的压力。桥梁桩基的稳定性，直接影响到桥梁整体质量。受到施工、环境等因素的影响，桥梁桩基在施工后可能出现沉渣、离析、桩径缩小等病害，进而导致桩基质量的下降。其中沉渣、离析等病害的出现，与施工因素有关。在混凝土搅拌的过程中，由于搅拌不均匀，在固结成形后，其内部存在骨料旋浮的情况，进而发生离析，容易出现形变。施工过程中未能彻底清理桩孔，则会出现沉渣现象。桩径缩小主要与环境因素有关。在桥梁桩基施工地点，由于地层含水量高，桩基长期受到流水冲刷，进而导致混凝土变薄，进而导致桩径缩小。在桥梁桩基常见病害的检测中，根据结构测试结构，分析桥梁桩基结构的物理性质，从中反映出桩基构件的承载力。高应变动测法、低应变动测法、声波透射法以及钻芯法等检测方法属于无损检测技术，在检测过程中，能够避免损伤桥梁桩基结构，及时发现桩基内部存在病害问题。

2检测原理和检测要求

灌注桩成孔之后，再开始浇筑，工作者需要开展被测桩的声测管工作（竖向、平行法），并固定于钢筋笼之上，将声波发射与接收换能器放在对应的声测管内。在具体的监测过程中，需要确保在管当中，将清水作为耦合剂注满，对发射换能器检测，发射脉冲，当信号穿透桩体混凝土到达接收换能器后，对信号可进行读取，读出其接收波的频率、声速等内容。混凝土中所穿入的声波脉冲信号在传播时，可能会出现折、反、多次绕射等情况，造成信号的部分参数发生变化，如波形频率、振动幅度等，在这样的情况下，所接收的信号里会带有相关传播介质密实缺陷、完整度缺陷等。通过相应的检测设备，分析接收的信号中不同的声参量，并判断出混凝土桩身是否完整，以此更好地了解基桩所存在的问题。

3声波透射法概述

从原理上来看，声波透射法主要是利用了超声波在经过不同声阻抗的声学界面时会发生声学变化的特性。混凝土桩虽然主要是由混凝土构成，但受混凝土自身密度的影响，其中也同样存在少量的空气和水，而混凝土基桩的缺陷处则会聚集大量的水和空气，由于混凝土的声阻抗与水、空气的声阻抗相差较大，因此，一旦混凝土桩内部存在缺陷，那么就会形成多个具有不同声阻抗的声学界面。在基桩混凝土质量检测中，声波透射法通常会利用发射换能器来发射超声波，并通过注满清水的声测管将超声波传递到混凝土基桩之中，通常情况下，如混凝土桩不存在缺陷，那么超声波传播途径上声学界面的声阻抗并不会出现太大的差异，超声波也会按正常的直线途径进行传播，但如果混凝土撞击中存在缺陷，那么在空气和水的声阻抗远小于混凝土声阻抗的情况下，超声波就会绕过缺陷进行传播，从而使传播路线发生改变，并最终导致各种声学变化。超声波绕过缺陷传播会导致传播路径延长，传播时间也会随之增加，即声时变大、声速变小，根据这一变化，就可以准确判断出混凝土基桩是否存在缺陷。超声波在不同声学界面传播还会形成散射波与折射波，而这些散射波与折射波在叠加后，则会使超声波出现波形畸变、波幅变小、传播频率改变等声学变化，这些同样是判断混凝土基桩质量情况以及缺陷位置的重要参数。

4桥梁桩基检测中无损检测技术

常规的基桩检测内容主要集中在完整性与承载力检测两方面。直接法包括单桩竖向抗压静荷载实验等；半直接法包括高低应变法与声波投射法等。基桩动测技术以应力波理论为基础发展，70年代初期的时候，荷兰研制基桩检测系统，由此开始了检测基桩动测技术在各个国家中的推广使用。我国的多家单位针对桩基类型深入研究了动测方法、设备仪器等方面的内容，由此促进了低应变动测技术的发展。该技术既方便又快捷，一直在桥梁基桩质量检测中有着广泛的应用。但受激发能量的制约，对长桩的桩底判别较困难，对桩身质量判别受干扰因素较多。但需注意的是，低应变法能否检测单桩承载力存在较大争论。声波投射法检测在声学检测技术基础上发展，自60年代起，我国便在工程检测领域开始了应用声波检测技术，70年代开始应用于检测混凝土灌注桩的完整性。由于超大直径混凝土灌装得到了大量的使用，由此推动了声波投射法检测技术的发展。此方法优点是检测全面、结果准确可靠、检测不受桩长的限制，适合超大直径灌注桩的桩身完整性检测。检测范围可覆盖全桩长的各横截面，无需桩顶露出地面即可检测。钻芯法适用于检测混凝土灌注桩的桩身材料强度，钻机应配备单动双管钻具，芯样取出后应由上而下放入芯样箱中。及时记录空号，记录芯样质量的初步描述，选取芯样进行抗压实验。钻芯法比较适用于大直径桩的检测，当遇到桩长较大的情况，此时要对钻芯孔垂直度进行控制，要是桩出现偏斜，那么钻芯孔机就会难于钻至桩底。检测速度慢。

结束语

随着我国基础建设不断发展，高速公路作为一项重要的国家资源，每年都以3.6%的速度持续增长，高速公路要通过崇山峻岭，桩基础的应用也越来越多，桩基础属于地下隐蔽工程，监测桩基的质量难度非常大。目前，桩基质量保证有载荷试验，钻芯法和无损检测等方法，载荷试验是通过对桩基施加设计荷载，检查强度是否达到设计要求，其优点是满足工程设计要求，缺点是监测速度慢，费用大；钻芯法是通过对桩基钻取一定的结构主体，以监测桩基是否满足要求，其优点是监测直观、精确，缺点是监测面小、对桩基结构损伤很大，因此，目前桩基的无损监测比较流行。无损检测中，主要包括：高、低应力测试方法，两种方法对应力测试条件、反射面、信号频幅等都有较高要求，而声波透射法具有测试结果精确、细致、全面等优点，该方法被广泛应用到高速公路的桩基检测中。

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