摘要：桩基检测结论直接关系到建筑物的安全和正常使用，检测方法选择是否合理直接影响结论的正确与否。近些年来，国内频繁发生了重大的建筑工程质量事故，我省每年也出现不少因工程质量问题而产生的责任事故，因桩基质量而引发的事故及隐患也时有发生。而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。基于此，本文就从声波透射法在基桩检测中的运用展开分析。
关键词：声波透射法；基桩检测；运用
1、声波透射法在基桩检测中的原理
声波是弹性波的一种，若视混凝土介质为弹性体，则声波在混凝土中的传播服从弹性波传播规律，由发射探头发射的声波经水的耦合传到测管，再在桩身混凝土介质中传播后，到接收端的测管，再经水耦合，最后到达接收探头。由于液体或气体没有剪切弹性，只能传播纵波，因此超声波测桩技术采用的是纵波分量。
探头发射的声波会在发射点和接收点之间形成复杂的声场，声波将分别沿不同的路径传播，最终到达接收点。其走时都不尽相同。但在所有的传播路径中总有一条路径，声波走时最短，接收探头接收到该声波时，形成信号波形的初始起跳，一般称为“初至”，当桩身完好时，可认为这条路径就是发射探头和接收探头的直线距离，是已知量；而初至对应的声时扣去声波在测管、水之间的传播时间以及仪器系统延迟时间，可得声波在两测管间混凝土介质中传播的实际声时，并由此可计算出所对应的声速。
当桩身存在断裂、离析等缺陷时，破坏了混凝土介质的连续性，使声波的传播路径复杂化，声波将透过或绕过缺陷传播，其传播路径大于直线距离，引起声时的延长，而由此算出的波速将降低。另外，由于空气和水的声阻抗远小于混凝土的声阻抗，声波在混凝土中传播过程中，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷时，在缺陷界面发生反射和散射，声能衰减，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小。再者，透过或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。综上所述，当桩身某一段存在缺陷时，接收到的声波信号会出现波速降低、振幅减少、波形畸变、接收信号主频发生变化等特征。
超声波透射法桩基检测就是根据混凝土声学参数测量值的相对变化，分析、判别其缺陷的位置和范围，评定桩基混凝土质量类别。
2、声波透射法在基桩检测中的运用
2.1声透射法在桩基检测接收数据中的运用
2.1.1基于声速的数据分析
设置一个判定缺陷的标准V0，即用正常混凝土声速平均值与2倍声速标准差之差的关系，来判断我们所测定的位置是否有缺陷。如果在测定某侧测点时，Vi≤V0，那么就说明这一处是存在缺陷的。
2.1.2基于波幅的数据分析
通过长期以来的试验研究，在众多的声学参数中，波幅是最能反映桩基质量的参数，是最具有代表的参数。波幅异常判断也是设定一个标准Am，即波幅平均值，根据这一临界值就能够判断桩身有无缺陷以及缺陷的程度。
2.1.3PSD判据
PSD判据突出对声时的变化，对缺陷的敏感度，减小了因声测管不平行造成的测量误差对分析的影响。PSD判据方法认为缺陷处波速明显变小，即声时明显变大，与相邻正常测点对比，形成一突变。相邻两测点的声时值没有变化或变化很小时，K等于或接近于零。
当声时值有明显变化或突变时，由于该判据和正比，PSD值将大幅变化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，该判据对缺陷十分敏感，同时又可排除声测管不平行或混凝土不均匀引起声时变化等非缺陷因素的影响，而且，PSD判据能以量值的形式，对缺陷的性质与大小进行判断，因而得到了较广泛的运用。
在实际判断不同类型缺陷（如夹层、空洞、蜂窝）的临界PSD判据值时，必须对缺陷区的声波声速作假定，并且其计算出来的蜂窝、孔洞的半径是声通路上所有缺陷点影响汇集后的折合为一个缺陷后的半径，该计算值一般较缺陷尺寸实际值大，故而计算得到的临界判据值及缺陷计算尺寸只能作为参考。当桩身缺陷为缓变型或测点均在低强度区或缺陷区时，由于相临测点声时差值的变化不大，声时值也呈缓变，此时该判据就容易引起误判和漏判。总体来说，对桩体判定而言，采用用PSD判据在均匀性、连续性的判定较为准确，对小缺陷的漏判较高，在现有规范中，PSD判据只作为一个参考判据，其使用必须和其它方法结合。
2.2声透射法在桩身完整性判定中的运用
2.2.1波列判别法
波列判别法非常直观。完整桩的波形规则无畸变。而当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，超声波将产生波的散射和绕射，接收到的超声波的参量均要发生明显变化，比如波幅明显变低，波的周期变长，无法接收到波形等。
2.2.2声速―波幅判别法
主要围绕声速、声幅、频率这三个参数，再结合PSD值作为辅助异常点判据进行判定。各种基桩检测规范中桩身完整性判定，也是根据这三个参数有明确的判断标准。
需要注意的是几个参数的综合判定是必要的。各单个声波参数一般都能反映缺陷的存在，但他们又各有其特点和局限性，因此将各声波参数综合起来可以提高判断的准确性。
这三个判定参数中，声幅可能是最不好判定的。因为声幅除会反映桩身混凝土的质量外，还要受声波探头在声测管水中的耦合状态、声测管与周围混凝土的胶结状态等的综合影响。这时可以结合整个波列情况作分析，可以将前面4~6个波的波幅相加进行判断，这样与实际情况更吻合。波列判别法和传统的声速-波幅判别法进行对比分析解释，能大大提高桩身完整性判别的可靠性。
3、工程实例
某商业楼，主体32层，设计采用旋挖钻孔灌注桩，混凝土设计强度C35及C40。本工程中，对桩基完整性检测采用低应变及声波透射法来进行，并且配合钻芯检测对有问题桩进行更直观的检测。在对1-32号桩（桩径2400mm桩长38.80m）进行声波透射法检测时，发现在距离桩顶27.6～28.1米范围内，波幅波速都明显偏低没达到临界值，并且PDS值也很大，该桩完整性判为Ⅲ类。采用钻芯法再次进行检测，发现一号孔在27.2米及二号孔27.6米处分别见一斜向断面，断面见有夹沙，三号孔未见异常。
因此可知27.6～28.1米之间已有缺陷区存在，使得结果是较大PSD值与声速和波幅的离差系数。结合地质勘察报告等各方面报告以及一切可能性的因素，对其综合分析可知27～28米桩属于出砂层与强风化泥质粉砂岩交汇的位置，且该地区地下室极为丰富，泥浆护壁不够是其真正的原因，施工的时候，在灌注混凝土时会有一些水泥砂浆被带走，从而形成该缺陷。
结束语
桩基础具有抗地震性能好、沉降量小、承载力高等优点，声波透射法的运用，可以更好服务于施工建设之中，提供技术以确保提升质量以及安全管理。作为检测人员应熟悉旋挖桩的施工工艺，并对基桩各种缺陷成因进行综合分析，这样才能使我们的检测工作更有针对性。另外检测人员还应不断学习新的检测方法，利用综合检测方法可以更好地保证基桩检测工作的质量。
参考文献
[1]李庆伟.声波透射法在桩基完整性检测中的运用探讨[J].中国西部科技，2014.
[2]林锦滔.浅谈声波透射法检测基桩技术[J].河南科技，2013.
论文作者:冯盛忠
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/23
标签：声波论文; 缺陷论文; 判据论文; 混凝土论文; 波幅论文; 声速论文; 桩基论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;