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摘要：桩基是建筑结构的主要承重部分，其质量直接影响到建筑工程的使用安全性及长久性，因此，对桩基础工程检测的研究尤为重要。笔者在本文中，提出超声波在基桩检测中的应用，希望能对相关从业人员有所裨益。
关键词：超声波；基桩；检测
作为桩基检测的常规手段，桩基超声波法检测在我国桩基检测中已有多年的历史并已纳入国家规范，由于此种方法测点准确，数据可信度高等优点，超声波法作为使用频率高的检测技术，目前在各种建筑的桩基检测中应用范围很广。
1超声波透射法检测数据的采集
1.1做好检测前的准备工作
(1)收集待检基桩施工原始记录和设计资料，重点了解施工中的异常状况。(2)笔者在实际工作中经常遇到声测管在桩底素砼段漏埋或钢筋笼浮笼的情况，导致无法完整地采集到全桩长的声测数据。因此在实际检测前，应检查施工方是否已按规范要求埋设声测管，同时应检查声测管埋设长度是否符合规范和设计要求，是否存在堵管现象。(3)检测时间应满足规范规定的龄期要求。(4)检查检测仪器的检定证书，确保其在有效期内，对计数滑轮进行自校，使仪器显示值与实际提升高度一致，为保持检测中的电源稳定，应避开干扰源。
1.2 数据的现场采集
对所检基桩的声测管进行编号，量取声测管外壁间距，测试时建议用提升方法进行检测，即将声波换能器下放至桩底，查看所测管间管口电缆线刻度标识是否一致。打开检测仪进入工作状态，对测点间间距进行设定(不大于 250mm)，检测开始后，匀速同步提升收、发换能器，直至将换能器提升至桩顶，依此类推检测其他剖面。对信号异常部位，可采用水平加密，等差同步，扇形扫测等方法细测。
2检测数据的分析与判定
2.1声速判据
声速是声波在混凝土中的传播速度，是判断混凝土内部缺陷的主要声学参数之一，实测经验表明：当混凝土的声速值在一定的范围内，声速在不同介质中传播的速度不同，具有较强的变化规律，在一定程度上反映了桩身混凝土的质量及混凝土强度，所以，声速值可以作为判定缺陷的重要参数之一。当某区段混凝土实测声速值小于临界值可视该区段为缺陷可疑区，需进一步综合分析。
2.2波幅判据
波幅是衡量超声波穿越混凝土传播过程中衰减程度的主要参数之一，声波在混凝土传播时会发生吸收衰减、散射衰减以及扩散衰减，衰减程度越大声能越低，波幅也就越低。声波的衰减程度与混凝土质量具有很大的相关性，其具体表为波幅的大小，而且波幅对缺陷区的反应比波速更为灵敏，故波幅也是判断混凝土内部缺陷的主要声学参数之一。
2.3 PSD 判据
PSD 判据突出对声时的变化，是声时 - 深度曲线两点的斜率与相邻时差值的乘积，根据 PSD 值在某深度处的突变结合波幅变化的情况，进行异常点判定，该判据对声时具有指数放大作用，因此缺陷区 PSD 值较声时反应明显，而且运用 PSD 判据基本上消除了声测管不平行或者混凝土不均匀等因素照成的声时变化对缺陷判断的影响。
2.4波形判据
波形能最直观判断基桩内部混凝土测点的质量。若桩基全是内部无缺陷，声波首波明显、振幅较大陡峭、波形出现两头小中间大、波形包络线呈半圆形。当混凝土内部有缺陷，则出现首波不宜确认、振幅较小，特别严重的甚至呈现直线形状、频率变小、声时延长、波速降低等特征。通过这些特征就可以比较直观的判定混凝土内部质量情况。
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3 基桩缺陷声波特征及验证
3.1桩头病害
(1)桩头浮浆
桩头浮浆主要原因是混凝土与浆体或泥浆组成混合体，使混凝土强度下降，尤其在水下灌注桩超灌量较少时更为明显。该类病害波形图形随混合体组成成分所占量发生变化，当混凝土占量较多时，波形基本正常或有轻微畸变、波速略低于正常波速、波幅降低、频率降低；当浆体占量多时，波形无规律畸变、波速远低于正常波速、波幅和频率急剧下降。
(2)桩头部位混凝土材质不均匀
桩头部位混凝土材质不均匀主要是由于桩头导管混凝土压力不足，导致少量残渣或浆体未能浮出，夹杂在基桩混凝土断面中，使断面范围混凝土强度不均匀。该类病害波形基本正常或有轻微畸变、波速略低于正常波速、首波波幅降低明显、频率降低。
(3)桩头混凝土存在较多气泡
桩头混凝土气泡产生的原因有多方面，在实际浇注过程中往往由于监管不严，造成最后浇筑的混凝土水灰比变大或级配发生变化，而且桩头混凝土的浇筑未进行振捣，导致混凝土气泡含量增大，影响混凝土强度。该类病害波形有轻微或明显畸变、波速略低于正常波速、波幅降低明显(离桩头越近降低越明显)、区域内混凝土频率降低。
(4)桩头夹杂、露筋、离析等病害
在不良地质条件下施工，若施工工艺不良，容易使桩头出现砂土侵入、离析、露筋等状况。在砂层地表且未采用套筒工艺时容易出现此类型病害，现场检测时在桩头位置调大增益会发现波速基本正常(该操作仅作为验证，实际数据采集过程中不建议调整增益)，波幅下降明显，部分测点波形明显或严重畸变，测点波形前小后大(杂波叠加)，频率不规律变化。另外，桩头无波或异常波产生的原因是声测管内无水。桩长越长，传感器在提升过程中带出的水越多，导致桩头声测管 1m 范围内无水。当桩头预留声测管较短时，波形异常容易发生误判，因此当传感器提升至距测声管头 2m 时需进行补水，防止误判。
3.2桩身局部夹泥
桩身局部夹泥在剖面上的表现形式有两种:
(1)“管包泥”，该病害的表现形式为某根声测管周围被泥土包裹，涉及该管的两个剖面会发生波形严重畸变，波速、波幅、频率均远低于正常值，且两个剖面病害位置高度一致。
(2)管间局部夹泥，主要表现形式为某一剖面之间被泥土侵入，病害范围较小，沿高度范围波形表现形式为轻微及明显畸变，波速下降幅度小，首波幅度减小甚至消失，频率降低。
3.3缩径、断桩
缩径与断桩属于同类型病害，主要区别在于断面受泥土或浮浆侵入的面积大小。轻微缩径的超声波参数主要表现形式为轻微及明显畸变，波速下降幅度小、波幅下降幅度大，频率降低。严重缩径与断桩的超声波参数表现形式基本一致，该类病害波形严重畸变，波速、波幅及频率急剧降低，且在桩身的位置一般有多处。
此桩判定为废桩，采用旋挖钻顺钢筋笼内壁钻取发现病害位置存在严重夹泥、离析病害，无法取出芯样。
3.4沉渣
摩擦桩沉渣限值为 30cm、端承桩应控制在 5cm 以内，并应满足设计要求，沉渣过厚会对基桩承载力产生较大影响。沉渣的超声波参数主要表现形式为波形严重畸变且无规律、周期变长，波速、波幅大幅度下降，主频明显降低。
本桩钻芯发现桩底 1. 2m 范围内为淤泥，无法取出芯样。
3.5其它
(1)声测管与混凝土之间存在间隙、裂缝
工人采用风镐施工破除桩头时，施工方法不当容易对桩头混凝土产生扰动，使声测管与混凝土间产生间隙裂缝。该类型病害超声波参数主要表现形式为波形轻微或明显畸变，首波幅度突然减小、整个波形波幅减小，波速及主频较正常波速略有降低。
(2)离析
离析易使桩身断面某部位粗集料大量聚积，相邻部位粗集料较少，粗集料波速高的部位波速大，反之波速较小。但集料聚积的部位由于波阻抗发生多次变化，波的反射、散射会使声波快速衰减。离析轻微时，超声波特征是波速基本正常，波幅较小，首波不明显、波的周期变大、主频减小；离析严重时，波速与波幅均有明显降低，波幅下降较为突出，各测线频率多下降为0。
参考文献
[1]林兆祥.超声波透射法在基桩检测中的应用研究[J].环球市场，2018(4).
[2]付雪冬，李崇信.声波透射法在公路基桩检测中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018(14).
论文作者:姚锐奕
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/2
标签：波速论文; 桩头论文; 混凝土论文; 波幅论文; 波形论文; 病害论文; 畸变论文; 《防护工程》2018年第29期论文;