软土桩基超声波透射无损检测技术

软土桩基超声波透射无损检测技术

朱剑峰

佛山市南海区建筑工程质量检测站 广东佛山 528000

摘要：在城市建设的快速发展中，住宅建筑和其他商业建筑越来越倾向于向更高和更高的层次发展，这是由于较高的负荷和不断变化的规范和桩工程强度造成的。作为隐蔽工程的主要组成部分，桩基础工程的影响因素较多，施工质量问题较多，通常难以通过常规检查方法正确确定桩质量不足的类别和出现点。目前，对于桩身质量有许多检测方法，声波透射检测方法作为普通无损检测方法对桩身试验十分重要。基于此，以下对软土桩基超声波透射无损检测技术进行了探讨，以供参考。

关键词：软土桩基；超声波透射；无损检测技术

1超声波无损检测的方法

根据桩体超声换能器通道布置的不同方式，有三种基于超声波传输法的桩检测方法:桩内单孔传输法、桩外单孔传输法和桩内交叉传输法。钻孔方法检测可分为水平测量、倾斜测量、交叉倾斜测量、扇形扫描测量等方法。取决于两个换能器相对高程的变化。现场检测过程通常从使用平整方法确定所有检测剖面开始，以确定声学参数异常的测量点。其次，对声学参数异常的点，采用加密平板测试、倾斜测试或扇形扫描，CT影像技术等精细测量方法进行复测和加密测试，以验证普查结果，进一步确定缺陷的位置和空间分布范围，排除因声测管耦合不良等非桩身缺陷因素导致的异常声测线。

2超声波透射法的工作原理

费马定律表明：声波在介质内从一点向另一点，一定会沿着最佳、最省时的路径传播。声波在介质中传播，其能量和传播规律会随着介质的不同而有所不同。将混凝土视为内部均匀的复合体，作为弹性体介质，声波在混凝土中的传播路径符合弹性波在介质中的传播规律。桩基作为一种由水泥、空气、水、砂石等混合而成的材料，在声波通过时可能会有孔隙、夹泥夹砂、裂缝、蜂窝等，对声波的传播产生干扰和阻碍，从而影响声波的声速、波形、波幅。当混凝土制作的构件，如桩身存在缺陷时，超声波传递到桩身缺陷位置的传播情况就会发生变化。超声波往往在到达桩身缺陷处产生反射、散射与绕射。例如，当声波遇到蜂窝、空洞时，由于空气和水的声阻抗小于土的声阻抗，缺陷面会发生散射或反射，从而波频减小、波幅降低；当桩身存在裂缝、离析等问题时，声波将会绕开障碍，传播路径相对变得复杂、冗长，以此可以推断出声速降低；除此之外，为了避开缺陷位置，声波在传播路径上与直线传播路径不同，在各种缺陷问题的干扰下，波形同样会有所差异。

3软土桩基超声波透射无损检测技术

3.1声测管埋设

在工程中，桩基检测埋设3根声测管，将声测管固定在钢筋笼内，采用螺纹连接方式；声测管采用内径为6cm的金属管，去除管内杂质，保证管内光滑，封闭声测管下端；声测管的管口高度要高出桩头不小于20cm；声测管安装时，采用适当方法加以固定，保持成桩后的声测管处于平行状态。

3.2清洗声测管

在对搅拌混凝土进行检查之前，首先要做的是清理超声波中的土壤，以便能够对其进行全面分析。随后，为了避免影响结果的准确性，声波管道必须防止诸如砾石等杂质的掉落。此外，高压水泵和真空压缩机等设备可用于清洁用水。如果在清理过程中使用含沙子的混合水，桩底的声波可能会产生影响试验结果的沉积物。冲洗管后，工作人员应测量冲洗深度，并根据实际测量记录，用清洁水填充管内，关闭出入口，以防止沙子进入管内。

3.3检测流程

（1）清理平整检测场地，做好检测前的准备工作。（2）检测开始可先设检测通道，即将多根竖向相互平行的声测管埋设至被测桩内，随后将清水或黄油作为耦合剂注入管内，注满为止。（3）通过超声检测仪进行超声脉冲发射，检测中可根据发射、接收换能器的3种不同位置，分为平测、交叉斜测和扇形扫测3种测量方式。（4）通过仪器内的数据处理软件综合分析、处理接收到的所有信息，以判断基桩是否完整、是否存在缺陷等。采用超声波透射法对桩基完整性进行检测时，从桩底开始每隔一定高度选取一个剖面，发射与接收换能器累积高差不得超过2cm。检测时，若察觉声波参数异常，应引起注意，采用测距为10~20cm加密平测或斜测或扇形扫测的方法，检测出缺陷所在的详细部位、性质及其大小。

3.4桩身检测

桩身检测前确保准备工作全部完成。在实际检测过程中，需将换能器按照要求安设于扶正器上，以预先设置的声测管为载体进行扶正器的放置，在放置时需注意声测管内扶正器可处于自然升降的状态。检测前，检测人员再次进行检测仪参数调整，以确保后续检测作业不受噪声的干扰，有助于提升声波信号接收的信噪比，避免因噪声过大导致显示器中波幅的体现受到影响。在检测期间，以0.2m或0.5m为基准进行测点间距控制。需注意，若桩基部分区域存在超声波特性大幅度变化的现象，需按照要求适当增加检测点，以确保桩基缺陷得到全方位的检测。同时，对于换能器的安设，需以同一高度放置接收与发射换能器，或者是以相差高度定值为基准来放置换能器，以避免检测结果的精准性受到高差变化的影响。另外，需加大对检测过程的控制力度，要求检测人员遵循自下而上的原则，加强约束自身的检测行为，并重视对不同点位超声波情况变化的观察，具体参数包括波幅、声波频率、传播时间等。在检测期间，还需第一时间记录存在较大异常的波形，对该区域增设检测点，并视情况合理采用双向斜测、平测、扇形扫测等方法来提升装机测量的精准性。对于不同检测方式的应用，具体流程表现为：首先，平测。做到对发射换能器、探测仪、接收换能器、声测管的同步升降，确保整体测量效果符合预期要求。其次，斜测。分别以不同高度为基准进行换能器的放置，同步升降处理后进行换能器检测点声参量的采集与分析，借助斜测方式对缺陷范围进一步界定。最后，扇形测。主要是以固定高度进行发射换能器的放置，并以扇形为基准进行另一个测线的布置。需注意，各检测点在扇形测量中对于测距的控制存在一定不同，尽管可对于波速参数进行对比分析，但幅度测量值无法进行比对分析，其缺陷的判断需以相邻检测点测值变化为主。此外，在桩基检测中，涉及多根测量管的应用。为加强对桩基检测质量的控制，在检测期间，要求检测人员以两根为一组规范化开展检测作业。

3.5声速判据

当所测混凝土的声速低于声速阈值时，应将其视为可疑的缺陷区域。由于每个声波管道的测量点可以对应多个探测剖面，而且声波线是构成探测剖面的两个管道测量点之间的连接，因此其声学特性反映了其声场辐射区内混凝土的质量，并具有明确的对应关系，因此声波线已被取代受控桩的声速阈值应确定如下:对于仅有一个探测剖面的桩，声速异常确定阈值等于探测剖面声速异常确定阈值；对于具有三个或三个以上检测剖面的桩，应采用各检测剖面声速异常确定阈值的算术平均值作为各桩声速测量线声速异常确定阈值。最大声频阈值6dB由声频平均值降低，当实际声频低于声频阈值时应视为可疑区域。

3.6PSD判断法

超声波检测技术可以通过声音时间——深度曲线的变化情况对桩体内部结构是否存在缺陷问题进行判断。因为超声波检测技术使用之前需要先预埋声测管，但是声测管预埋之后受到混凝土均匀性的影响不能保证完全平行，所以声测管的预埋偏差会导致超声波检测技术的结果受到一定影响。而PSD判断法子在声音时间——深度曲线中可以对预埋声测管导致的偏差进行修正，提高超声波检测技术对桩体质量判断结果的精准度。

结束语

超声波检测全面、详细，超声波检测范围可复盖桩总长度的所有横截面，信息量足够大，结果准确可靠，现场操作简单快捷，不受桩长、长径比和场地的限制。由于在工程实际中影响因素众多，容易造成错判漏判，因此要求施工技术人员在埋设声测管时及检测技术人员检测时密切注意，避免损失和出错。超声波具有独特的技术特点，已成为检查混凝土桩(特别是大直径桩)完整性的重要工具，肯定将在工业和民用建筑、铁路、公路、水电运输的许多领域得到更广泛的应用。

参考文献

[1]关卓鹏.公路软土桩基处理技术及质量控制分析[J].交通世界,2022(11):60-61.

[2]曾德平.深层软土桥梁桩基施工质量控制分析[J].运输经理世界,2020(11):42-43.