化州市建设工程质量监督站 广东化州 525100
摘要：利用声波透射法检测桩身完整性，准确度相对较高，但也存在检测盲区。本文通过实例分析了声波透射法检测盲区产生的原因和机理。
关键词：声波透射法；桩基础；检测
引言
桩基础施工属于隐蔽工程，影响其质量的因素比较多，因此对其质量检测很重要。在建筑基桩完整性的检测方法中，声波透射法具有便捷、经济、准确的特点，因而在工程中得到广泛地应用。但在检测过程中经常会出现数据处理缺陷判断。 因此，有必要对声波透射法检测盲区进行深入的分析，以排除隐患。
1.盲区产生的机理分析
1.1有效声场分布
基桩声波透射法利用径向换能器发射T和接收R声波信息。换能器的振动产生声源，声源由近及远辐射的声压、声幅特性在桩身混凝土中形成声场。在理想的均匀各向同性介质中，声源处于自由声场，声波不受干扰地向各个方向辐射，无指向性。对于混凝土灌注桩来讲，在有限桩身截面范围内由于发射和接收换能器的存在，声源处于非自由声场，声波将会随传播距离和方位角的变化而变化，具有显著的指向性。
将以换能器为圆心的同心圆的交叉点进行连线，可以得到椭圆形区域，如图1所示。这个区域内的混凝土质点受到了声源辐射形成的声波影响，称为有效声场，即发射和接收换能器之间的指向性作用引起了椭圆形区域内的混凝土的声扰动。实际上，有效声场在空间上是椭圆球体分布。可以看出，椭圆形或椭球体分布的有效声场是一个细长的窄带区域。
图1 有效声场分布示意图
当桩身混凝土缺陷在有效声场范围内，接收换能器可以接收到带有缺陷信息的声波信息。通过对实测声时、声速、声幅、频率及能量等声学特性进行计算和分析，相比于完整混凝土声学特性数值，缺陷可引起声时延长、声速减小、声幅降低、频率减弱及能量衰减；缺陷越大，声学特性反映越敏感。当桩身混凝土缺陷没有在有效声场范围内时，接收换能器不能接收到含有缺陷信息的声波信息，这就形成了检测盲区。
1.2声测管布置
声测管的埋设为换能器进入桩身混凝土内部创造了上下移动的通道。除声测管的材质、规格尺寸、连接方式、平行度等指标外，其埋设数量才是最关键的参数。从工程成本考虑，声测管数量越少越节省造价。但是，声测管数量越少，发射和接收换能器之间的组合和检测剖面越少，有效声场覆盖的混凝土面积越小，检测结果的可靠度越低。当前，我国现行行业规范JGJ106－2014《建筑基桩检测技术规范》规定[5]，桩径小于或等于800mm，声测管埋设数量为2根：桩径大于800mm而小于或等于2000mm，不少于3根；桩径大于2000mm，不少于4根。其它行业（公路、铁路、港口、电力、水利等）规范和各省市（上海、天津、广东、江苏、山东等）地方规程，对声波透射法声测管埋设数量大体上是一致的。美国ASTMD6760－08《声波透射法桩身混凝土完整性检测规范》规定，按桩径计算声测管数量，每25～30cm布置一根声测管。
图2 声测管布置和检测盲区分布示意图
声测管布置和检测盲区分布如图2所示。图中声测管间的椭圆形区域为有效声场，阴影区域为检测盲区。显然，阴影区域占整个断面面积的比例较高。如果缺陷处于这些阴影区域，则检测结果的可靠度大大降低。
1.3盲区分析
有效声场和声场的指向性表明声波透射法存在检测盲区。声测管埋设数量决定了检测盲区的大小。声测管数量越多，检测剖面越多，有效声场覆盖面积比例越高，检测盲区越小，反之亦然。由图2可见，埋设2根或3根声测管时，有效声场呈现出单线或空心三角形态，检测盲区覆盖面积比例较高，靠近桩中心和有效声场外侧是检测盲区的重点区域。相比于我国规范，美国规范要求埋设声测管的数量更多。检测盲区的存在很容易造成桩身混凝土缺陷的漏检。随着桩径加大，漏检缺陷的尺寸也越大，尤其是桩顶附近严重缺陷的漏检，将会给工程带来极大的安全隐患。
2.实例分析
某城市快速路高架桥梁基础采用大直径钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径Ф1200mm，桩长37m。按照规范，声波透射法桩身完整性检测埋设了3根声测管，如图3中的ABC孔。
在桩身混凝土满足休止期后，进行了常规的声波透射法检测。检测中发现除BC剖面无异常外，AB和AC剖面分别在桩顶下7.4～8.2m处和6.9～8.0m处存在明显缺陷，如图4方框内声学异常曲线。该缺陷表现比较严重并位于桩身浅部，可能对桩身完整性和承载力产生不良影响。为了验证缺陷的严重性、位置和类型，决定对桩顶下10m内混凝土采用钻芯法检测。钻芯孔位于桩中心附近，如图3中的D孔。钻芯结果出乎意料，之前AB、AC剖面的缺陷并未发现，但在桩顶下3.2～6.0m附近发现了更为严重的缺陷，而声学曲线在该深度处完全没有出现异常。显然，该严重缺陷漏检了。利用钻芯孔D再次进行声波透射法检测，发现AD剖面3.4～6.4m和8.5～9.1m存在严重缺陷，BD剖面3.2m～5.5m存在严重缺陷，CD剖面3.5～7.5m存在低强区，表明桩中心附近从3.4m开始存在严重缺陷，如图5所示。而再次检测的AB、BC、AC剖面检测数据与之前完全一致，说明之前的检测数据没有问题。为了进一步查明缺陷，决定更换取芯位置再次进行钻芯法检测，图3中的E孔位于AB声测管与钢筋孔之间。取芯后利用钻芯孔E再次进行了声波透射法检测，AE剖面3.0～5.5m、8.4～9.1m处存在严重缺陷，BE剖面3.2～6.1m处存在严重缺陷，CE剖面3.6～6.4m处存在严重缺陷，DE剖面2.6～7.0m处存在严重缺陷，如图6所示。其它剖面与之前检测数据一致。
图3 声测管及钻芯孔布置示意图
图4 声测管ABC实测声波曲线示意图
图5 钻芯孔D实测声波曲线示意图
图6 钻芯孔E实测声波曲线示意图
虽然钻芯法和利用钻芯孔D、E声波曲线发现的新缺陷是严重缺陷，但在最初的声波透射法检测时被漏检了。显然，这个工程实例充分表明，声波透射法在桩身完整性检测时存在检测盲区，检测盲区范围应与声测管数量、缺陷大小、钻芯孔位置有关。
3.结论
综上所述，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。但在桩身完整性检测时，声波透射法存在检测盲区，而声测管的埋设数量是检测盲区大小的决定性因素。因此，应对声波透射法检测盲区进行深入研究来提高检测可靠度。
参考文献：
[1]浅谈基桩超声波透射法检测[J].冯建国.建筑知识. 2016（13）
[2]超声波透射法桩基检测若干问题的探讨[J].李家富.智能城市.2016（09）
论文作者:杨扬
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/16
标签：声波论文; 盲区论文; 声场论文; 缺陷论文; 剖面论文; 混凝土论文; 声源论文; 《基层建设》2018年第2期论文;