浅谈基桩超声波透射法检测方法

摘　要：桩身结构完整性的超声波透射法检测具有快速、成本低、无损等优点，因而在工程实践中得到了广泛应用。但是其测试信号的判读具有多解性，在检测过程中存在诸多因素影响检测人员对检测结果的判断，需要检测分析人员具有相当的理论水平和实践经验。本文从超声波检测原理出发，结合自身实践谈一些实测信号分析的心得。

关键词：桩基检测， 超声波透射法，方法
　　混凝土灌注桩是桩基础中的主要形式，由于其成桩质量受地质条件、成桩工艺、机械设备、施工人员、管理水平等诸多因素的影响，较易产生夹泥、断裂、缩颈、混凝土离析、桩底沉渣较厚及桩顶混凝土密实度较差等质量缺陷，危及主体结构的正常使用与安全，甚至引发工程质量事故，加上是隐蔽工程，因此加强对桩基础质量的现场检测十分必要。
　　基桩完整性的检测方法主要有：钻芯法、高应变动测法、低应变动测法、声波透射法，与其他方法相比，声波透射法有其特点：
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一、检测原理
　　超声波透射法是由超声脉冲发射源在砼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砼内传播过程中表现的波动特征；当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。
　　在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。测试时每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的声测管接收信号，超声仪测定有关参数并采集记录储存。换能器由桩底同时往上依次检测，遍及各个截面。
二、声波透射法的检测及缺陷判定
　　1、应正确理解并处理相关规范中关于桩身完整性的判定
　　基桩检测的相关规范中，根据桩身是否存在缺陷及存在缺陷的严重程度，将桩的完整性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四个类别；并依据各检测剖面的声学参数异常点的分布情况及异常点的偏离程度，决定被测桩的完整性类别；对实际的检测数据，采用概率法确定声速临界值来评判声速是否异常，采用平均幅度减去6dB作为幅度临界值来评判幅度是否异常。
　　但由于混凝土是集结型的复合材料，多相复合体系，分布复杂界面（骨料、气泡、各种缺陷），因此其检测的声参量数据波动较大；加上灌注桩的混凝土需要自密实、地质条件以及成桩工艺复杂等情况，其声参量的波动性就更大了，因此在实际测试的过程中完全不出现异常测点的可能性较小，因此不能机械地理解并执行规范中桩身完整性的判定标准，否则工程上很难有Ⅰ类桩，也不符合桩的完整性分类的定义。因此上述理论异常点只是可能的缺陷点，应根据以下五个方面进行综合判定：
　　① 异常点的实测声速与正常混凝土声速的偏离程度；
　　② 异常点的实测幅度与同一剖面内正常混凝土幅度的偏离程度；
　　③ 异常点的波形与正常混凝土的波形相比的畸变程度；
　　④ 异常点的分布范围及其他剖面异常点的分布情况；
　　⑤ 桩的类型（摩擦型或端承型）、地质情况及成桩工艺，桩的类型及地质情况决定了桩身混凝土的压应力及弯矩大小随深度的变化规律，因此相同大小及程度的缺陷在桩身不同深度对该桩是否达到设计要求的影响程度差别较大，应适当加以区分。
2、 声学参量与缺陷性质的关系
　　混凝土内部存在缺陷必然会引起声参量的变化或波形畸变，但目前并未建立声参量的变化或波形畸变与缺陷性质之间的良好对应关系， 对于缺陷的性质除根据声参量的变化情况外，还必须结合地勘报告、施工工艺、甚至施工记录（参考）综合分析，进行判断。
三、检测现场常见问题或故障的判断及处理
1、检测过程中接收信号突然消失
　　有两种原因可产生该类现象，一是声测管内无水；二是设备系统故障。首先应检查是声测管内否有水，可在采样状态下，迅速往声测管注水（以防声测管破裂造成的水大量外流），至现象消除，否则，将换能器提出声测管，平行靠近（5cm左右）放在空气中，采样、观察是否有接收波形，无接收波形，则设备系统故障。
2、 判断设备系统的故障部位
　　将故障的设备换上平面换能器，将平面换能器的辐射面平行相对，相距5cm左右，进行采样，如波形正常，证明超声仪正常，仅仅是径向换能器故障。若判断换能器故障时，接上径向换能器，进行采样，如发射换能器发出响声、无接收波形，则接收换能器故障；如发射换能器无响声，仅将发射换能器更换成平面换能器，将平面换能器的辐射面对准径向换能器的辐射体（中间部位），进行采样，如有波形，则接收换能器完好、发射换能器故障，否则，收、发径向换能器均有故障。
3、发射正常、接收时好时坏
　　换能器刚下水测试时波形正常，一会儿波形逐渐异常，甚至无接收波形，提出声测管后波形正常，或提出声测管、待换能器干燥后波形正常。该现象是由于换能器信号线破损（漏水）、水密性丧失、遇水压大时渗透到换能器主体造成，换能器故障，修复较为困难。
4、桩头最后一测点声速、幅度急剧下降
　　一些桩在桩头部位的最后一个或几个测点的声参量急剧下降，而桩头部位混凝土表现良好。该现象可能是剔除桩头（使用机械设备）时，引起声测管与混凝土脱离（产生间隙）或者混凝土局部破损（产生裂隙）而造成，可在声测管外壁或桩头混凝土浇清水，该现象好转。
5、波形反向及处理
　　在测试的过程出现波形首波反向的情况，从中可以看出，若以上跳波作为首波，则声速正常、但幅度偏小；若以下跳波作为首波，则幅度正常、声速偏小，因此应尽量避免上述情况的发生。上述情况多出现在换能器运动过程中进行采样并存储的测试中（自动测桩），造成上述现象的理论机理不十分清楚，可能是换能器运动过程中，辐射体的部分与声测管接触，造成与正常状态的声波传播过程中的介质界面的状况发生变化所致，因此通过使用扶正器可以大大减小该现象产生的几率，因此，建议在换能器运动的过程中进行采样、存储的测试状态下，必须保证换能器的扶正器可以正常工作。
四、结束语
　　超声波透射法作为基桩桩身完整性检测的重要手段之一，在结果分析过程中准确地进行分析判定桩身完整性类别显得尤为重要。本文结合实际工作，就超声波透射法检测基桩完整性的检测及缺陷判定、常见问题及设备故障的处理谈一点心得，作一个简单总结。
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