摘要：结合声波法检测的理论知识和玉蒙铁路大桥基桩检测项目的实践情况，介绍了声波透射法的应用，并对超声波法在基桩检测中的基本理论、检测方法及判别标准进行了分析，并对检测结果进行了分析，从而使桩身完整性的评价更为客观，准确。
关键词：基桩，超声波，检测，混凝土
引言
在建筑行业里，桩基础已成为我国工程建设中最重要的一种基础形式，尤其在桥梁施工中，桩基础占有的比例更大；同时，桩基础通常在地下或水下，属隐蔽工程。桩基础施工程序繁琐、技术要求高、施工难度大、容易出现质量问题。桩基础混凝土的质量直接关系到整个上部结构物的安危。因此，桩基础工程的试验和质量检验尤为重要，设计前、施工中和施工后都要进行必要的试验和检验。
对于桩基隐蔽工程的检测，虽然有静载试验法、高应变和低应变法等多种检测手段，但面对承载力高、桩径大、桩身长的大桩就会显示出其局限性，而目前采用检测桩身质量的声波透射法具有许多其他方法不可比拟的优越性。声波透射法对桩长及大直径无限制要求。该方法测试结果直观、可靠；对现场测试条件要求不高，检测原理简单、快速无损，资料易于判读、准确度高。该方法要求在桩身内预埋声测管，根据超声波波速判断桩身混凝土的相对强度、均匀性、完整性及缺陷。文中主要结合玉蒙铁路工程大桥基桩检测项目，对超声法的应用提出浅析意见。
1工程概况
大桥横跨通建高速公路。该桥全长1255.77m。其下部结构：0号，38号采用T型桥台，1号～11号，31号～37号墩身采用变截面矩形实体桥墩，12号～30号为空心桥墩，桥墩最大高度为57m；基桩采用钻孔灌注桩（冲击钻机）和人工挖孔桩2种形式，桩径为1.25m和1.5m两种，总桩数337根，基桩混凝土等级为C20。
2超声检测桩基基本原理
混凝土灌注桩声透射法检测的主要工作原理：在桩身中预埋若干根声测管、声测管材质可以是铁管或PVC管、管内充满水作为声耦合剂。然后将超声脉冲发射器和接收传感器分别置于声测管中同一水平高度。测试中，两个传感器保持同步移动，发射传感器发射超声脉冲通过桩身混凝土到达接收传感器接收。由于超声脉冲发射源在混凝土内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性；当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波达到该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射波能力明显降低；如果混凝土中存在松散、蜂窝、孔洞等内部缺陷，声波将产生散射或绕射；依据波的初至时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变等，可以获取测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特性，经过处理分析就能判别内部缺陷的性质、大小及空间位置。
根据桩身完整性的判据，将桩身质量分成4类。
Ⅰ类桩：桩身完整。桩身没有缺陷，波速比较均匀，异常处的波速大于检测桩身平均值，波幅无明显差异。
Ⅱ类桩：桩身有轻微缺陷，但不会影响桩身结构承载力的正常发挥。某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常。
Ⅲ类桩：桩身有轻微缺陷，但不会影响桩身结构承载力的正常发挥。某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，PSD值变大，波形畸变。
Ⅳ类桩：桩身存在严重缺陷。某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畸变。
3超声法检测
3.1检测原理
声波透射法根据波在介质中的传播方式分为横波超声波法和纵波超声波法。基桩声波透射检测通常的振源是纵波脉冲产生的，被检测桩在桩身的一根埋管中放入发射换能器，另一管中放入接收换能器。基桩的声波透射法检测是根据桩体内确定的埋管间距，测试2管间声波的传播声时、振幅、频率等声学参数对桩体进行分析，其中声速为检测分析的主要指标。
3.2现场检测方法
工程中根据桩径大小不同埋设声测管数不等。现以埋设3根声测管为例。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因每根桩有3个测面，即根据声测管的排列顺序命名为：1-2，1-3，2-3，如图1所示。现场检测采用常规测和斜测2种方式，先将声测管注满水作耦合剂，将收、发换能器置于2个声测管内，要保证2个换能器置于同一标高（斜测时保证2个换能器相对高差固定不变）。将收、发换能器的联结导线接到声波检测仪上，打开声波检测仪进入工作状态，检测开始。声波检测仪在接收波形读取数据后，收、发换能器同步提升。直到将换能器提升至桩顶，这一测面的检测工作便结束。依此类推检测其他测面。在同一根桩的各检测剖面的检测过程中，声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。在桩身质量可疑的测点周围，应采用加密测点或采用斜测、扇形扫测进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和范围。
在现场检测过程中，采用两种重复抽检方式：1）正常重复抽检：每组检测完成后，随机重复抽检10%～20%对波幅及声时进行复核；2）异常重复检测：检测过程中，如果声时出现异常，应立即进行复测，并检查2个换能器是否保持固定间距，这样可以排除由于换能器位置造成的误差。同时，如果复测确实桩身质量问题，可加密测点，确定缺陷的位置及缺陷的大小和程度。
4资料分析及检测成果
4.1桩身完整性的判断
对桩身混凝土质量的判断和评定包括以下3个方面：桩身混凝土是否存在缺陷及其位置、范围、性质；桩身混凝土强度；桩身混凝土均匀性。其中对缺陷的判定是最主要的。一般对缺陷的判断主要依据波速和振幅两个声学参数，必要时辅以主频率值和波形。
该桥测量后的原始数据，直接输入计算机，利用预先编制好的计算机程序绘制深度—波速、振幅图。通过概率分析得出结论，其原理如下。
1）声时（或声速）判据根据所测剖面的数据绘制声时—深度曲线，即ti—h曲线；为了更加直观地反映桩身的完整性，将声时—深度曲线换算成速度—深度曲线，即vi—h曲线（h为深度）。
vi=L/ti（1）
其中：vi为第i测点的桩身混凝土检测波速；L为检测剖面上2个声测管之间的距离。
2）振幅（声幅）判据取接收到的振幅平均值的1/2作为判断桩身有无缺陷的临界值，振幅常以分贝值表示：
qd=μq-6
3）PSD判据按声时—深度曲线相邻测点的斜率及相邻2点声时差值的乘积作为缺陷的判断，Ci值能在声时—深度曲线上明显地反映出缺陷的位置和性质，如Ci值相对较大时，与之对应桩身部位可能有缺陷，可结合实际Sv值进行判定桩身是否有缺陷。根据上述3个判据的计算程序，分析时以vi—h曲线为主，指标qd和Ci曲线为辅，综合分析判断桩身的完整性。
4.2检测结果
Ⅰ类桩为桩身质量优良桩；Ⅱ类桩为合格桩；Ⅲ类桩有明显缺陷，需与有关单位研究，以确定修补方案或继续使用，按要求修补后或经研究可继续使用的视为合格桩；Ⅳ类桩为不合格桩。该工程基桩的检测龄期时间最短为5d，最长为30d，由于龄期跨度较大。因此，不能较好地对基桩混凝土超声波检测波速进行统计归类。检测结果分析主要以每根桩的桩身波速和波幅均匀性及变化情况进行分析。目前，混凝土强度与波速之间并无定量对应关系，混凝土强度根据波速来确定并不一定准确。因此，文中对混凝土强度不给出估计值。据以上分类标准，经声时、振幅及PSD等判据对337根桩进行分析，结果为：Ⅰ类桩319根，优良率为94.66%；Ⅱ类桩18根，占总桩数的5.34%；没有出现Ⅲ类，Ⅳ类桩（不合格桩）。
结语
结合大桥的桩基检测项目，对声波透射法的理论、检测步骤、判据等方面进行了分析。使用声波透射法可以对桩身不同的测面布密点进行检测。因此，对桩身完整性的评价更为客观、准确。在大直径、长基桩工程检测中声波透射法是一种极为有效的无损检测方法。
参考文献：
[1]夏志．超声波检测技术在工程中的应用［J］．桥隧工程，2010（6）：226－229．
[2]吴辉琴，马瑞彦，黄柳云，等．多种检测方法在工程基桩中的综合应用与分析［J］．混凝土，2012（4）：119－121．
[3]刘德志．声波透射法准确判定桩身完整性的应用研究［D］．兰州：兰州交通大学，2012．
论文作者:韩龙俊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/14
标签：声波论文; 混凝土论文; 波速论文; 缺陷论文; 判据论文; 振幅论文; 波幅论文; 《基层建设》2018年第20期论文;