1、声波透射法在基桩完整性检测中的应用【摘要】声波透射法是在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对桩身完整性进行检测的一种基桩测试方法，本文阐述了声波透射法在检测基桩完整性方面的运用，并介绍了该方式的检测原理、检测方式以及检测效果的判断标准等。 【关键词】声波透射法；基桩完整性检测；运用 中图分类号：TU473.1 文献标识码： A 文章编号： 1 前言 近些年来，国民经济持续稳定向前发展，国家对基础设施建设力度日渐加强，随着国家交通的不断发展，高速公路建设迎来了发展的新一轮高潮。而在国内的建设中的高速公路桥梁所占比例的越来越大，
2、桥梁普遍采用基桩的基础形式。现阶段对基桩完整性的检测方式有很多种，而声波透射法目前被大量使用。 在高速公路建设中，桩基工程作为隐蔽工程,施工工艺较复杂、不确定性因素较多、施工难度较大,在施工过程中很容易出现质量问题,而且桩基质量的好坏直接关系到整个工程的安危,所以桩基质量检测至关重要，对基桩质量情况进行严格的检验具有极强的现实意义。声波透射法是在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对桩身完整性进行检测的一种基桩测试方法， 。目前对基桩完整性检测的手段有很多，其中包括钻芯法、低应变发等，但是相比而言，声波透射发具有检测准确性高、
3、现场操作简便、快捷，不受桩长、桩径等条件限制的优点，是其它一些基桩检测方法所无法比拟的。 2 声波透射法的相关理论以及检测方法 2.1 声波透射法的工作原理 声波透射法，也被称作超声波透射法，其工作原理如下所述：基桩通常是由混凝土等材料浇筑而成的，而这些材料所构成的基桩具有质地通常不均匀、非单相等特点。因此基桩内部对超声波的阻力具有较为显著的差异，而去其内部包含有为数较多的声学界面。声波在基桩内部的传播速度与所浇筑混凝土的密实度有着直接的联系，当制作混凝土的原材料、各原材料的使用比例以及测试仪器与基桩之间的距离相同时，声波在基桩内传播的速度越快，则说明混凝土建筑的密实程度就越高，反之则说明混凝
4、土浇筑的密实程度相对较差。如果基桩内部存在空洞、断裂等缺陷，当声波传播到此处时，就需要进行绕道或者在其他介质中进行传播，声波的强度将发生明显的减弱，传播的时间相对较长，传播速度相对较低。 依据该工作原理，运用声波透射仪器沿着基桩的纵向进行检测。在检测的过程中要采用逐点检测的方式，使得声波通过基桩的各个横截面，之后采集声波通过基桩界横截面的时间以及声波的振幅等参数，而后对这些数据进行相应的分析处理，确定基桩内部存在缺陷的确切位置、范围、以及不完整程度等，对基桩的整体完整性进行合理的判定，最终得出基桩类别的评价结果。 2.2 声波透射法的相关内容 运用声波透射法进行检测过程中所需的仪器有超声波检测
5、仪。根据声测管在基桩中埋设位置的不同，检测方法可分成以下几种：单孔声波检测方式、双孔声波检测方式以及基桩外部孔检测方式；根据探头升降方式的不同，检测方式又可以分为：平测、斜测、扇形扫测等。 声测管是运用声波透射的方式对基桩进行检测过程中的重要组成部分，是实现声波在基桩内部完成向径向转换的场所，声测管的埋设质量对测试结果有着重要的影响。一般来说声测管的内径应比换能器外径大15mm,直径分布在 50mm 到 60mm 之间，声测管在安装的过程中要注意接口位置应保持光滑，管的连接宜采用螺纹连接，且不漏水。声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，且相互平行，定位准确，并埋设至桩底，装完成之后管口的高度宜
6、高出基桩顶面 300mm 以上，而且所有声测管的高度应保持一致。声测管下端应进行封闭，将其上端加装盖子，从而达到避免杂物进入其中，对径向换能器的正常工作造成影响。在声测管制作材料的选择上，尽量选用声波穿透效果较好、安装方便且制作成本较低的材料。目前广为使用的声测管有钢材质的声测管、塑料材质的声测管以及波纹管等，其中实际检测过程中运用最多是钢材质声测管。 在声测管的埋设过程中，要根据基桩的直径确定所需声测管的数量，通常参照以下标准：其一，当基桩的设计直径小于或者等于 800mm 时，需要埋设 2 根声测管；其二，当基桩的设计直径在 800mm 到 1500mm 的范围之内时，需要埋设 3 根以上
7、的声测管；其三，当基桩的设计直径超过1500mm 时，则需要埋设 4 根以上的声测管。声测管的布置以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分组，每两根编一组。在测试现场运用声波透射法对基桩的完整性进行测试时，一般遵循以下的操作步骤：第一，将声测管内灌满清水，且保证畅通；第二，将所有的检测设备相连接，并检查电源是否进行正常供电工作；第三，根据基桩直径的大小，选择较为合理的换能器并标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间；第四，准确量测声测管的内、外径和两相邻声测管外壁间的距离，量测精度为1mm;第五；选择合适仪器参数，在同一根基桩的检测过程中声波发射电压应保持不变；第六，把用于接
8、收的换能器以及用于发射的换能器分别放置在两个声测孔的底端，从基桩的底部开始向上进行逐点检测。在检测的过程中，检测点间距不宜大于 250mm,发射与接收换能器应以相同标高同步升降，其累计相对高差不应大于 20mm,并随时校正；第八，准确并及时的将仪器显示的曲线进行记录工作，并采集传播时间、声波振幅变化等参数；第九，将埋设在基桩内部的若干根声测管以两根为一组，对基桩进行全面检测。对于声时值和波幅值出现异常的部位，应采用水平加密、等差同步或扇形扫测等方法进行细测，结合波形分析确定桩身混凝土缺陷位置及严重程度。 2.3 声波透射法检测基桩完整性的判定依据 在获得相关数据之后，如何运用所得数据对基桩完整
9、性进行判定，是运用声波透射法对基桩完整性检测的关键环节。 目前常用的对基桩完整的判定方法有以下几种：概率法、PSD 评价方法以及 NEP 评价方法等。其中概率法的判定依据主要是声波在基桩内部传播的时间；PSD 评价方法的判定依据是依靠对声波传播时间作出图像之后，其斜率与图像中相邻两点传播时间差的乘积；NEP 评价方法主要是依据声波传播时间、声波振幅以及频率等综合特征进行判定的。 第一，对基桩完整性进行判定的依据有以下几种：其一，以声波传播速度作为判定依据，即将声波传播速度的平均值与变准差的 2 倍进行相减运算，所得的数据作为评定基桩时候存在空洞的依据；其二，以声波的振幅作为判定依据，即根据所接
10、收到的信号能量求其平均值，再将平均值除以 2，将该结果作为判定基桩是否存在空洞的依据；其三，以斜率与相邻两点时间差的乘积作为判定依据，即将声波的传播时间绘制成图像，再用图像的斜率与相邻两点之间时间差的成绩作为判定基桩完整性的依据。 第二，对浇筑基桩所使用的混凝土均匀性质的判定：通常采用声波传播速度的离异系数作为判定混凝土在浇筑基桩时是否均匀的依据。 第三，对浇筑基桩混凝土完整性的综合判定：声波综合分析是根据声波传播速度、声波振幅以及声波频率等发生的变化进行综合评价，从而判定基桩中是否存在空洞以及空洞的位置。判定浇筑基桩混凝土完整性的声学指标有很多，其中包括声波传播速度、声波的振幅、主频以及根据
11、实际测得的数据绘制的波形等。虽然单独根据这些声学指标能够对基桩的完整性作出判定，但是其中均存在着缺陷，其中混凝土的弹性情况影响着声波的传播速度，而混凝土的弹性以及塑性影响着声波的振幅。因此在实际检测过程中，并不能将这些测量依据进行主次划分。现今采用以声波传播速度以及声波的振幅为主要判断依据的判定方法，能够科学合理的对浇筑基桩混凝土的弹性、塑性以及材料的质量进行判定。 3 结束语 运用声波透射法对基桩完整性的检测，所得的结果较为直观，而且能够准确的判定出基桩是否存在空洞、断裂等现象，是一种效果较好的对基桩完整性的检测手段。伴随着科学技术的不断提升，声波透射法中的相关仪器将会得到更为出色的完善，这种检测方法将会得到进一步的推广使用。 【参考文献】 1 郑明燕,孙洋波.声波透射法在灌注基桩完整性检测中的应用研究J.铁道建筑,2010, (10):105-106. 2 次仁拉姆,蔡立培.基于超声波透射法的混凝土灌注桩质量检测研究J.西部探矿工程,2010, 22(7):80-81. 3 丁明,万凌辉.声波透射检测基桩完整性的一点体会J.江西建材,2010, (2):43-44.
