浙江省地球物理技术应用研究所浙江省杭州市310005
摘要：超声波透射法是桩基检测的常用方法之一，能较精确地检测出混凝土灌注桩中存在的缺陷。本文就超声波透射法在桩基检测中的应用原理进行了阐述，并结合工程实例，对检测数据进行分析，对检测结果进行现场开挖验证，希望对桩基检测工作有所帮助。
关键词：超声波透射法；桩基；检测
随着我国社会经济的不断发展，越来越多的高层建筑、桥梁等项目工程采用大直径混凝土钻孔灌注桩为基础的情况不断增多，为保证其质量，在上部结构上马之前的基桩质量验收、对基桩质量有疑问或出现工程质量问题后的第三方、第四方质量重复检测成为必要手段。在众多桩基检测方法中，超声波透射法能成为桩基检测的重要方法，是因其在无损检测的前提下进行重复验证，从而更全面地确定桩基混凝土结构是否存在缺陷，对于保证桩基质量具有重要意义。
一、超声波透射法的原理
超声波透射法是以混凝土声学参数的测量值为依据，对相关测量值的相对变化进行分析，以此判断工程缺陷的范围以及位置，并评定桩身混凝土的质量的方法。超声波是一种弹性波，在混凝土中的传播是以弹性波的传播规律为基础的，通过发射换能器发出的超声波经过水的耦合穿透测管、混凝土，并最终达到接收换能器。同时，由于超声波在混凝土介质中是以纵波形式传播的，因此在桩基检测中采用的也是纵波分量。在换能器发射出声波后，声波可以通过不同的传播路径最终到达接收点，由此也造成了声波从不同路径到达接收点的时间、幅度有明显差异。其中，以最短的路径、最早的时间到达接收点的声波信号被称为超声波的初至。理论上收发换能器的距离（声测管距离）不变，桩身混凝土的质量合格，所测得的初至、波幅、频率、波速等参数一致性较好；当桩身存在断裂、空洞、夹泥、离析等缺陷时，作为介质的混凝土连续性、均匀性就被破坏，声波的传播路径变曲折、初至时间变长，从而使接收到的声速低于正常波速，并且接收到的波形也会畸形，出现频率变低、波速降低、波幅变小等情形。
二、超声波透射法在桩基检测中的三种常用方法
根据超声波换能器在声测管中测试位置的不同，超声波透射法检测主要有三种方法。
1、桩内单孔透射法
单孔检测法是钻芯检测法的补充手段。在工程项目中，采取钻孔取芯后需要对其周围的混凝土质量进行进一步了解时，可以在这个孔道中进行检测。将换能器放入需检测的孔道中，用专用的一发双收式的换能器或者以隔声材料在换能器之间进行隔离后发射超声波，经耦合水进入孔壁中的混凝土表层滑行过一段距离后，超声波再经过耦合水到达至少两个接收换能器，由此得到孔壁周围混凝土声波传播的各项声学参数。桩内单孔透射法的使用需要利用信号分析技术来排除测管的干扰，另外如果孔壁混凝土有钢管，会使声波绕行，从而影响检测效果，因此如果桩体混凝土中有钢管则不能采用单孔透射法。
2、桩外孔透射法
当桩身内部没有换能器通道或上部建筑主体结构已经开始施工时，可以紧贴桩体外的土层中钻一个孔作为检测通道，这就是基桩的桩外孔透射法。将一个发射功率比较大的平面换能器放置于桩顶面，由上至下发射超声波，在向下传播的过程中，超声波沿着桩身混凝土穿过孔与桩的层面，再经由孔中的耦合水到达接收换能器，就可以通过超声波的声学参数分析出基桩是否存在质量问题。这种方法受土层对超声波的衰减影响，无法检测深入于土层深处的基桩，因此一般用来判断缩颈以及夹层与断桩等情况。
3、桩内的跨孔透射法
在所有的超声波检测法中，跨孔透射法是最常用的桩基检测法。该方法是在桩内径里根据规范预埋至少两根声测管，再灌入清水，将发射和接收两种换能器分别置于两根声测管内。检测时，由发射换能器向两根测管之间的混凝土发出连续的超声波，超声波辐射到的面积就是检测有效范围，同时两个换能器的相对高度不同也会影响到检测的范围，形成扇形扫描检测、平测以及交叉斜测等不同的方式。在实际的检测中，可以根据具体情况灵活采取高效的检测方式，对桩身混凝土强度及质量进行全面的检测，确保桩身质量检测的可靠性。
三、检测结果判断
桩基超声波检测是通过置于桩体预埋声测管内的声波换能器发射并接收超声波信号形成的波幅、声速、波形等声学参数进行综合分析，对基桩的缺陷类型进行判定。目前，常用的判断方法有数值判据法和声场阴影区重叠法两种。数值判据法是对桩体进行全面超声波点测扫描后进行的基桩缺陷初步判定。声场阴影区重叠法则是以数值判据法对基桩存在缺陷的位置进行细测判断，这种方法可以对桩身缺陷的位置和大小进行详细的判断。在实际的检测中，需要两种方法结合使用才能全面、综合地判断基桩的质量情况。
数值判据法在实际应用中又可分为概率法与PSD判据法两种。当进行超声波检测时，因人为原因或外界环境的影响而使得声学参数受到干扰形成偏差，就需要将找到相关参数的异常并进行位置的对应，就是概率法。而PSD判据法则是将声波与声时的衰减结合起来与PSD曲线进行综合分析，再以斜率法作为辅助判据找到PSD值在某个点周围发生明显的变化，就可以确定基桩中存在缺陷的位置。
四、实际工程中应用
理论联系实际，笔者列举了采用跨孔超声波透射法进行检测的工程实例，分析了超声波的声速、声幅在缺陷处的表现，甄别深度-波列图上波形在缺陷处的畸变，利用PSD判据法，确定了缺陷所处桩身位置，并进行了现场开挖验证，及时通知施工单位处理，排除了安全隐患。
某工程钻孔灌注桩1#桩，桩径1600mm，桩长10m，混凝土强度C30，从下图“深度-波速-波幅曲线图”上看，缺陷处声速、声幅明显低于PSD临界值；“深度-波列图”上，接收不到波形，波形畸变。判定该桩浅部2.3-3.4m有严重缺陷。经现场开挖验证，距桩顶2.3-3.4m处，桩身小半部分为砂泥，做凿桩处理。
深度-波列图
开挖验证照片：
距桩顶2.3-3.4m处，桩身小半部分为砂泥，做凿桩处理。
结语：
对比各种桩基检测方法，超声波透射法具有方便快捷、无损检测、可重复验证等优势，已成为目前极具推广价值的检测方法。随着大型工程项目的不断增多，以及桩基设计的不断创新，超声波透射法在桩基检测中的应用前景将越来越大。
参考文献：
[1]赵赛雷.桩基完整性检测中超声波透射法的应用[J].黑龙江交通科技，2019，42（01）：129-130.
[2]曹燕.超声波法在桥梁桩基检测中的应用注意事项[J].绿色环保建材，2018（11）：98-101.