摘要：近些年来，为了更好的满足我国经济快速发展的需求，土建行业得到了迅猛的发展，而在这其中，高速公路、港口工程等基础建筑的发展尤为明显。超声波透射法作为一种常见的，在保证基桩工程质量方面有着重要作用的检测方法，其目前已在基桩检测中得到了较全面的实施。本文首先是简要介绍了超声波透射法，之后再分析超声波透射法在基桩检测中的应用方式，最后总结探讨了超声波透射法在基桩检测中应用的注意事项。
关键词：超声波透射法；基桩检测；声测管
引言
在城市化进程不断加快的同时，房地产项目、基础设施建设项目等均得到了快速推进。基桩作为各项工程项目广泛使用的一部分，有着力学性能好、环境适应性强等特性，然而由于其施工过程属于隐蔽施工的范畴，任何细小、外部因素均可能对之产生影响。因此，建筑施工中基桩极易出现质量问题。在这种施工环境中，基桩的检测显得尤为重要。超声波透射法因其使用方便，设备简单，检测结果可靠，检测成本低等优点而得到广泛应用。
1.超声波透射法的相关简介
1.1超声波透射法的定义
超声波是一种弹性波，它们在混凝土等介质中的传播遵循并符合弹性波的传播规律。然而其在传播过程中也需要借助水与空气这两类介质，且水、空气的剪切弹性模量为零。因此，超声波在混凝土中的传播不能传递横波。也就是说，在桩检测中施加超声波时使用的波是纵波，即，纵波分量的相关参数用于分析超声波透射方法的检测结果。超声波透射法是一种无损检测技术。
1.2超声波透射法的原理
超声脉冲发射源激发在混凝土中的高频弹性脉冲波，然后通过高精度的接收系统记录脉冲波在混凝土内传播中的波动特性，并根据此特性来进行结果分析。我们知道，声波在发射点和接收点之间会有复杂的声场形成，声波也会沿着不同的路径传播到接收点。但是在所有传播路径中，有一条是声波从发射点至接收点走时最短的，这便是常说的初至。
一旦桩体具有诸如分离和断裂的缺陷，介质的连续性将被破坏。这主要是因为声波需要绕过这些缺陷继续进行传播，此时，传播路径便会大于初至距离，继而延长声时，降低声速。同时，混凝土中的缺陷界面还会形成波阻抗界面，使得当声波到达界面时发生波透射和反射。
如果混凝土中存在诸如蜂窝，孔洞，松动，裂缝等缺陷，当声波到达该界面时将发生波散射和衍射。继而使得接收点接收的透射波有着能量降低、波形畸变、声时延长、波幅降低等现象。这主要是因为在直达波的信号和在缺陷界面周围传播的脉冲波信号之间存在相位差和声程差。它们叠加后便会互相干扰，继而使得接收点最终接收到的波形有着畸变的现象。
总的来说，超声波透射法的检测原理便是通过分析透射波在混凝土内传播的声学参数的测量值的相对变化来获得测区范围内的砼结构参数，再判断测区范围内混凝土的缺陷，最后便是在这些参数的基础上评定基桩混凝土的质量类别。
2.简述基桩检测中应用超声波透射法的方式
2.1桩内跨孔透射法检测技术
桩中的跨孔透射方法检测技术是桩体质量检测中超声波透射方法的重要形式，也是比较成熟可靠的检测方法之一。该方法的应用主要有以下几个方面：首先，在桩中预先埋入两个或多个声管，并用干净的水填充声测管。其次，发射换能器和接收换能器分别安装在声测管中。最后，超声波由发射换能器出发经由两管之间的混凝土被接收换能器所接收的检测过程。此时，超声波从发射换能器扫描到接收换能器的区域面积便是实际有效的检测范围。根据发射和接收换能器之间的相对高度变化，桩中的跨孔透射方法检测技术可分为交叉斜测量，扇形扫描测量，平面测量和其他检测方法。其在基桩检测中的具体应用应当以建筑工程不同的实际情况来灵活应用。
2.2桩内单孔透射法检测技术
我们知道，在建造桩检查过程中，通常会有一个特殊情况，即基桩结构中只有一个孔可供检测。桩的单孔透射检测技术在该检测背景下具有很大的实用价值。此种检测技术主要是通过以下几个流程：将换能器放置在可供检测使用的孔道中，用于检查，并使用隔音材料来分离换能器。此时，通过换能器传输的超声波借助水的耦合进入孔壁的混凝土表面，然后通过水耦合到接收换能器。该过程可以测量沿混凝土墙传播的超声波的声学参数。值得注意的是，当在桩中应用单孔透射方法来检测桩时，有必要充分应用信号分析技术来消除声管中的其他影响。如此才能确保检测结果的准确性。
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2.3桩外孔透射法检测技术
当桩的上部结构已经完成或者桩中没有换能器通道时，可以通过外部孔的透射方法检测桩的质量。它主要是通过在桩外紧贴着桩边的土层中钻一孔道来作为检测通道的方式来展开检测工作。首先，此种方法的应用需要在桩的顶面放置一个高功率平面换能器，然后从顶部到底部，从桩的外孔缓慢放入接收换能器。此时，超声波沿着桩体的混凝土向下传播，然后通过水的耦合进入接收换能器。这个过程便能逐点得到超声波的声学参数，根据这些参数的变化，可以粗略地确定桩体的质量。然而，应该注意的是，由于超声波在土壤中的快速衰减，这种检测方法受到施工时桩的长度的限制。也就是说，由于超声波的能量限制，桩外孔透射法可测的基桩长度便不长。
3.超声波透射法在基桩检测中应用的注意事项
3.1做好声测管的埋置与安装
首先，根据施工项目的实际桩基要求选择最合适的声测管。由于使用声测管的环境，它必须满足以下材料要求：一是，具备足够的机械强度，这主要是为了保证灌注桩砼在浇筑过程中不会发生变形；二是，与混凝土能有良好的粘结性能，这主要是为了确保声测管与混凝土之间的连接足够紧密，不会形成裂缝。由此可知，钢管是最为恰当的声测管材料。其次，声测管的嵌入和安装还需要完全参考桩的直径。通常，当桩的直径小于或等于800mm时，不得少于2根声测管；当桩的直径大于800mm且小于或等于1600mm时，不得少于3根声测管；当桩的直径大于1600mm时，不得少于4根声测管。此外，在安装声测管时，也要尽可能地控制其位移并将其固定在钢筋笼内。
3.2做好检测结果的数据分析
超声波透射方法在桩检测中的应用，其分析结果的依据主要包括声速，声时，波幅和测量波的实际形状。那么，如何根据这些声学参数数据来判断基桩的完整性和连续性是超声波透射方法应用的关键。目前，数值判据方法和声场阴影区域重叠方法是两种最广泛使用的方法。数值判据法通常应用于综合扫描测试中缺陷的初步判断。而声场阴影区重叠法主要应用于细测判断，以帮助工作人员更加详细的划定缺陷位置和大小等。
4.工程实例分析
4.1工程地质概括
目前已知工程实践中桩内跨孔声波透射法检测技术应用最为广泛，现以南方某工程钻孔灌注桩110根为例，超声波透射法检测频率为100%。检测桩区域工程地质自上而下依次为：填石；淤泥混砂；粉质粘土；残积砂质粘性土；全风化花岗岩；砂土状强风化花岗岩；碎块状强风化花岗岩；中风化花岗岩；微风化花岗岩。
4.2检测方法与过程
该工程A9灌注桩混凝土强度等级为C35，桩径1.00m，长度28.00m，采用声波透射法进行检测，预埋3根声测管，编号A、B、C，分别对AB、AC、BC剖面进行检测，A9号桩AB、BC剖面在距桩顶往下2.9m-4.6m处声时，波幅、PSD均超出判据。为排除检测分析中其他因素的干扰，分别采用交叉斜测量与扇形扫描测量进行复核。从检测后的数据分析可知，距桩顶往下A声测管缺陷范围大概为3.4m-4.1m，B声测管缺陷范围大概为3.0m-4.6m。根据缺陷判定标准，将此类缺陷归结到Ⅲ类桩当中，缺陷较为严重。
4.3综合判读分析
收集所检测的桩基信息，如地质条件、钻孔记录、浇筑记录等，分析中发现钻孔、灌注均无异常。为减少误判，施工单位对A9号桩采取开挖验证，在桩顶往下2.9m处未发现缺陷，而B声测管周围有3cm厚离析形成的砂土堆积物自2.9m延伸至4.6m。根据开挖验证结果，同施工单位共同研讨认为，在B声测管周围3cm厚的缺陷对桩基的承载能力和结构不足以产生很大的影响，仍能满足基本适用要求，综合判定此桩为Ⅱ类桩。
5.结语
总之，当在桩测试中应用超声波透射方法这类无损检测技术时，必须根据施工现场的条件选择合适的超声波透射方法。同时，也要科学而又合理的选用声测管。如此，基桩检测的结果才能更具代表性。
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论文作者:张江顺
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/24
标签：超声波论文; 声波论文; 混凝土论文; 缺陷论文; 换能器论文; 桩基论文; 方法论文; 《基层建设》2019年第3期论文;