徐显

（上海隧道工程质量检测有限公司，上海 200000）

0 引言

我国现代化进程的加快推动了土木工程建筑业的迅猛发展，我国桥梁向着大桥和特大桥方向发展。桥梁上端荷载量不断增大，同时，桩基的长度和直径也越来越大。作为工程项目的隐蔽工程，桩基质量对于工程项目的质量有极大的影响。桩基工程质量影响因素众多，通常普通的检测方法不容易对桩基质量进行检测与判断。现如今，可以通过比较多的方法检测桩基，而超声波检测技术就是其中检测效果比较良好的一种检测技术，被广泛的应用在对于桩基的检测。超声波检测技术具有操作简单，不容易受外界干扰，检测的反应速度快、具有较准确的检测结果以及安全等优点。随着科学技术的不断进步，超声波技术在桩基检测中能够较为准确的判定桩身缺陷的位置、范围和程度，为桩基质量安全提供保障。

1 桩基完整性超声波检测技术原理

1.1 桩基完整性超声波检测法概述

在实际检测桩基完整性过程中，超声波检测技术的应用就是基于超声波的传播规律以及发射和接收超声波的方式等进行类别的划分，包括透射法、回波法等。超声波检测技术不同其应用的范围也就不同，比如透射法超声波技术能够在不同的多样性的介质中进行使用，并且介质的质地可以不均匀，被普遍的应用于对于桩基完整性的检测中[1]。对于超声波回波检测法而言，对检测对象的要求较高，其应用条件是介质较为均匀，通常在检查金属桩基中进行应用，所以，其应用的范围相对而言受到限制。超声波检测具有明显的优势与不足。

（1）超声波检测技术的优点在于：①从应用范围看，超声波检测技术的应用范围广，包括金属材料、非金属材料、复合类材料等各种材料检测中，超声波技术都有着广泛应用。超声波检测技术的穿透力非常强，能够对测物体的厚度比较大的物体存在的缺陷进行检测。例如，通过超声波检测技术能够对于不小于2m的金属物体进行直接检测[2]。此外，超声波检测能够对于比较长的钢管进行穿透。②超声波检测技术能够对于存在缺陷的位置进行比较精准的定位，灵敏度比较高，不但能够对面积较大缺陷进行比较准确的检测，同时能够对面积比较小的缺陷进行准确定位。③超声波检测技术的成本相对比较低，能够进行快速检测，并且对于周围环境不会造成损害，在工程质量检测中有着广泛应用。

（2）超声波检测技术的不足在于：①现阶段随着技术的不断发展，尽管超声波检测技术在工程质量的检查过程中有着广泛应用，并且具有检测优势，然而，超声波检测技术在对桩基内部缺陷的定性判断时，并不能准确的判定具体的缺陷性质。②超声波检测技术尽管能够对于被桩基存在缺陷的位置进行较为准确的定位，然而要求工作人员对于定量数据进行深入研究。③当异质物体存在于被检测桩基中时，将使检测的最终结果受到影响。④通过超声波进行检测时，当使用手工脉冲的方法时，同样会使检测结果的准确性以及真实性等受到一定影响。

1.2 超声波检测技术在桩基完整性检测中的应用原理

回波法在进行实际检测时，因为对于应用的条件要求比较高，从而影响了回波法的应用，主要应用于质地比较均匀的介质方面，比如检测金属探伤等，但是实际检测材质的质地通常不均匀，这就限制了超声波回波检测技术的应用[3]。因为混凝土质地通常不均匀，因此，对于桩基检测而言，通常应用超声波透射法。超声波透射法检测桩基完整性技术的原理为，事先将一定数量声测管安装在桩基的内部，同时加入融合剂，通常清水作为耦合剂。一根声测管内对超声波进行发射，另外一根则对超声波进行接收。需要指出的是，进行声测管安装时需要确保安装的声测管保持互相平行，同时确保声测管牢固的绑定与钢筋笼上，声测管的连接处也必须加强保护，保证超声波发射和接收的径向换能器能够顺利的通过声测管，这是使用超声波透射法检测桩基完整性的必要条件之一，为顺利应用超声波透射法检测桩基完整性提供保障。基于此，对于被测桩身的混凝土声学参数进行检测。因为在混凝土内进行传播过程中，超声波一旦和缺陷相遇，将会出现绕射、折射以及反射等现象，由此改变了超声波的波幅、主频率以及换能器时间等参数，通过采集和分析这些超声波的特征来判别桩身的完整性，根据超声波声速、波幅是否小于临界值、PSD～深度是否明显变化来综合判断。检测设备及流程如图1 所示。

图1 检测设备及流程

1.3 超声波检测技术方法

超声波检测技术主要包括3 种测量方法，分别是扇形扫测法、平测法和斜测法。超声波检测技术的集中方法均为根据发射设备和接收设备程度不同、高度也不同展开检测。在实际工程检测过程中，应用比较广泛的为平测法、斜侧法。超声波进行检测过程中，测点的间距一般不超过250mm，要保持发射和接收超声波的换能器以相同的高度同步上升[4]。需要指出的是，接收和发射超声波的换能器相对高程的不同影响着接收信号的强弱程度，基于此，测量深度的准确性要得到保证，从而使采集的检测数据准确可靠，保证最终结果与判断不会受到影响。

2 超声波在桩基完整性检测中应用的流程

（1）事先预埋声测管。借助于超声波检测桩基的完整性时的首个步骤就是在桩身事先埋入一定数量的声测管。基于桩基的直径对于埋入的检测管的数量进行确定。通常情况下，当桩基的直径小于1.0m 时，事先埋入的检测管的数量为2 根；当桩基直径大于或等于1.0m 且小于或等于1.6m 时，事先埋入的检测管的数量为3 根；如果桩基的直径比1.6m 大，但是比2.5m 小，事先埋入的检测管的数量为4 根；如果桩基的直径等于2.5m 或者是比2.5m 大，那么事先埋入的检测管的数量要多于4 根[5]。与此同时，对于桩基的完整性进行检测时应用超声波，选择声测管的类型时，需要基于声测管的材料、被检测的桩基的成分等进行综合考虑，在满足要求的条件下，通常尽可能的对于金属材质声测管进行选择，建议采用声测管厚度2mm 以上，以保证声测管的刚度和强度，避免声测管的变形。对于相邻的两段声测管进行连接时，可以使用“螺旋法”进行连接，且必须保证连接处密封，防止声测管渗漏被堵塞，此外，要求换能器比声测管的直径要最少不少于1.5cm。对声测管进行捆绑时，需要牢固的固定在钢筋笼上，同时，做到完全封闭事先在桩基底部预埋的声测管，声测管的管口一般比桩顶混凝土高至少10cm，同时对管口加盖[6]。

（2）基于对桩基的具体直径和长度进行充分考虑的基础上，对合理的检测换能器与设备进行选择，同时合理的调整设备的参数。需要指出的是，当检测设备的参数确定之后，在通过超声波进行桩基完整性检测过程中，不能随意的改变已经确定的参数。同时，检测过程中桩基的检测电压必须要保持不变。

（3）将超声波发射检测换能器与接收检测换能器分别置于互相平行的声测管内。需要注意的是，检测换能器需要保持放置于相同的深度同步升降。利用超声波对桩基进行完整性检测过程中，要求对各种声学参数进行全面、准确的记录，同时对换能器的具体位置进行采集。检测时，要求对于实际的换能器的位置以及深度进行核对，确保相同换能器的测点之间的距离要比250mm 短。通过超声波进行桩基完整性检测时，换能器的深度要保持一致，如果需要改变，则必须要同步进行调整，即同时升高或者同时降低，对于换能升降的速度、高度等进行随时校对，确保相对高差的累计值比20mm 低[7]。

（4）两个检测点之间的间距应不大于0.25m。当通过超声波进行检测过程中存在声学参数的异常，需要对检测点进行合理的加密检测。检测的顺序通常按照由下到上的顺序进行，对于异常波段以及异常波形进行及时的记录，并给予判别。检测点加密过程中通常是以平测法为依据进行加密。当利用超声波对规格比较大的桩基进行检测时，同时已经事先在桩基中对多个声测管进行埋设，那么需要通过分组的方式进行桩基的测量。

3 超声波在桩基完整性检测中应用的数据分析与处理

3.1 对声速值进行计算

通常情况下是借助于经过桩基，脉冲达到设定位置的时间对声速进行计算。如果混凝土桩基具有比较均匀的介质与质地，不存在质量与缺陷问题，那么利用超声波进行桩基检测时设置检测管的位置为平行设置，同时，获取的声速值基本相同。但是，当质量问题与缺陷等存在于桩基中或者是桩基中有混凝土离析、夹泥和蜂窝等时，那么此时获得的声速值比无缺陷的均匀混凝土介质的声速值要小，并且相应增加了脉冲在桩基通过的时间[8]。事实上，超声波对桩基进行完整性检测时，声速与混凝土强度呈现出一定的规律性，基于此，通过声速值可以整体上对桩基质量进行体现，同时对于桩基的缺陷进行判断。需要注意的是，借助于声速判断桩基的适量过程中，要求明确声速状态的临界点。

3.2 对桩基质量进行判断

超声波检测技术在桩基中的应用，可以实现对于桩基的完整性做出比较准确的判断。事实上，除了桩基的完整性，桩基强度也非常重要，其原因在于桩基的强度直接影响着桩基的质量，而超声波波速对应桩身的混凝土强度并没有非常明确的相关性。一旦桩基有质量问题的存在，将会造成不同程度事故的发生。虽然发生事故的原因包括设计、勘查、工艺、桩基质量等多方面，然而借助于对桩基的质量检测能够对存在的问题及时发现，从而能够实现对质量问题的预防与及时处理。此时应对于桩基的实际承载能力进行检测，结合桩基的完整性以及桩基材料、桩基施工工艺等可能存在的问题进行寻找，通过有针对性的措施进行解决，从而为桩基安全提供依据。

4 超声波在桩基完整性检测中的应用

对于桩基完整性进行检测通常采用的方法有超声波法、低应变反射波法、高应变法以及钻孔取芯法，其中低应变反射波法和高应变法是在桩基的顶端施加冲击荷载，从而使桩基基身能够和土体发生共振，然而工作人员借助于合适的仪器以及设备，检测桩基顶部发生的振动的速度，运用波动理论进行完整性分析，不能很准确的判断缺陷的性质和程度；钻孔取芯法，可以借助于对混凝土芯样进行钻取的方法来对桩身完整性进行直观的判断，一般要求芯样的钻取大约10cm 的直径，对整个桩身完整性的评价缺乏代表性，而且钻孔取芯法是有损检测；而超声波法通过对桩身混凝土合理间距的超声波发射和接收，实测桩身具体位置的混凝土声学参数，能对桩身的完整性进行较好的判断。超声波法对于桩基的完整性进行检测过程中，工作人员通过超声波透射技术，对于混凝土中超声波传递的具体参数进行测量，比如超声波的频率、超声波的振幅与声速等，对于超声波的传播状态进行分析，由此对混凝土存在的缺陷进行寻找，对混凝土均匀性、完整性进行判断。通常情况下，借助于超声波透射技术对于桩基缺陷展开判断时，能够确保桩基检测质量。

5 超声波在桩基完整性检测中应用需要注意的问题

5.1 超声波在桩基检测中无法对信号进行接收

造成该问题产生的原因有两方面，一是声测管中没有耦合剂水，二是换能器已损坏。因此，解决方法为：一是检测注入到声测管内的水的情况，确保注满水。如果缺水或者是没有水，需要将水注满声测管，然后进行检测；二是当声测管内注满水，进行数据采集，若仍没有波形的产生，那么需要对换能器进行更换。

5.2 超声波在桩基检测中信号不稳定

造成该问题的原因主要是：①换能器内部的电子元件接触不良或是连接换能器的导线发生了破损。②声测管内的水质不好，存在较多的杂质。因此，解决的方法为：①对于换能器的连接导线和电子元件等进行检查，如果有损坏的存在，需要更换及时。②对声测管内的水进行更换，声测管内的水尽可能不要长时间的放置。一旦放置时间过长，需要及时进行更换，从而确保检测信号的稳定性。

5.3 桩基顶部的声学参数出现异常

造成该问题的原因包括：①当提高换能器的位置时，声测管内的水位降低，没有及时加水造成检测的参数出现异常，甚至是不能对信号进行接收。②当对桩头混凝土进行破除过程中，因为发生振动，桩顶混凝土有细小裂缝的出现，或者是间隙存在于声测管、混凝土内，从而导致了检测的参数发生异常。因此，解决的方法为：①对声测管内及时注满水。②对混凝土是否出现裂纹或者混凝土与声测管之间是否存在间隙进行检查。

5.4 桩基底部的声学参数出现异常

造成该问题的原因主要包括：①桩基的底部存在过厚的沉渣。②换能器没有在同一个断面上，由此造成了检测参数发生异常，甚至是不能对信号进行正常接收。因此，解决的对策为：①提高换能器的高度，然后进行调试。②将桩基底部的沉渣进行处理，确保桩基底部混凝土的完整性。

5.5 对造成声学参数异常的原因进行确定

超声波检测桩基过程中造成声学参数发生异常的原因比较多，因此，需要进行深入全面的分析，从而确定具体原因。比如混凝土离析，由于混凝土存在较多的粗骨料，砂浆不足，影响了检测过程中超声波的波速，从而使检测结果受到影响。基于此，要对混凝土材料进行科学配比。此外，混凝土灌注过程中存在过长的浇筑停滞时间、二次浇筑等，都会造成超声波检测过程中波形发生畸变，针对不同问题进行分析，采用具有针对性的解决对策确保检测结果的准确性。

6 结语

作为典型的一种无损检测技术，超声波检测不会影响到桩基本身的质量与完整性，同时，超声波检测技术的结果较为准确，在桩基检测中具有广泛的应用。作为工程项目的基础结构，工程质量受到桩基质量的影响非常大。借助于超声波技术检测桩基工程，能够对于桩基存在的问题与缺陷及时发现，并采取妥善措施进行处理。相对于传统的对桩基进行检测的方法，比如钻芯法等而言，超声波具有无损伤的优势，能够对桩基质量、完整性进行检测，数据具有比较好的可视化，能够有效指导桩基工程施工，从而为桩基工程质量的提高提供保障。