２０１３年３月 第ｌ４卷第１期 长沙铁道学院学报（社会科学版） Ｍａｒ．２０１３ Ｖｏ１．１４ Ｎｏ．１ 超声波法在基桩检测中的应用 邹建 （中南大学土木工程学院，湖南长沙４１００７５） 摘要：介绍桩基超声法检测的基本原理，阐述桩基超声波检测的具体方法和桩身缺陷范围的确定，并结合实例加以论证。 关键词：超声波法；基桩检测；基本原理；完整性 近年来，随着我国各项建设的发展，各种建筑物，尤其一 些大型建筑物，采用的基础是隐蔽的桩基础，桩基础的质量问 题关系着人民的生命和财产安全。桩基工程作为隐蔽工程， 发现问题难，事故处理难。因此桩基础工程的试验和检测显 得尤为重要。作为桩基检测的常规手段，桩基超声波法检测 在我国桩基检测中已有多年的历史并已纳入国家规范，由于 此种方法测点准确，数据可信度高等优点，超声波法作为使用 频率高的检测技术，目前在各种建筑的桩基检测中应用范围 很广。 一、桩基超声波法检测的基本原理 超声波检测混凝土缺陷目前应用最为广泛的是采用低频 超声仪，测量超声脉冲纵波在结构混凝土中的传播速度、首波 幅度和接收信号频率等声学参数，当桩基混凝土中存在缺陷 或损伤时，超声脉冲通过缺陷时产生绕射，传播的声速要比相 同材质无缺陷混凝土的传播声速要小，声时偏长。更由于在 缺陷界面上产生反射，因而能量显著衰减，波幅和频率明显降 低，接收信号的波形平缓甚至发生畸变。综合声速、波幅和频 率等参数的相对变化，对同条件下的混凝土进行比较，可以判 断和评定混凝土缺陷和损伤情况。 二、桩基超声波检测的具体方法 桩基超声波检测采用“跨孔声波透射法”法，即在桩基浇 灌时预埋声测管。建筑规范：桩径‘ｐ８０ｏ以下埋设二管（含 ‘ｐ８０ｏ）；９８００—９２０００埋设三管；９２０００以上埋设四管。公路 规范：桩径‘Ｐ１．０ｍ以下埋设二管；‘Ｐ１．０ｍ一‘ｐ１．５ ｍ埋设三管； ‘ｐ１．５ｍ以上埋设四管。将发射和接收换能器分别放入声测 管，一般应从孔底开始测试，测点间距常取２０ｅｍ，依换能器所 放放置的位置可采用对测法、斜测法、扇面法，依换能器提升 的方法可采用人工操作检测、半自动检测和全自动检测这几 种方法。 基桩由于不同的施工方式可能出现一些缺陷。这些缺陷 可归纳为：沉渣、蜂窝、夹泥、空洞、缩径、离析、裂缝、二次浇灌 面（断桩）、桩头低强度区、扩径等十类。 （１）完整桩——均匀的高声速介质。 （２）沉渣、桩头低强度区、二次浇灌面——大范围较均匀 的低声速介质。 收稿日期：２０１２—０９—１７ 作者简介：邹建（１９６９一），男，湖南长沙人，助理工程师。 （３）蜂窝、空洞、严重缩颈——局部极低声速介质。 （４）夹泥、离析——局部低声速介质。 （５）扩径、轻微缩颈、水平裂缝——无法检测出的缺陷。 超声跨孔透射确定桩基缺陷的方法主要采用概率法。其 具体实施的方法是：将水平同步测试法由桩底开始，每提升 ２０ｅｒａ为一个测点，一直测到桩头，所测取到的声速、波幅值绘 制成声速一深度曲线，用概率法确定的临界值： ０＝ ｍ—Ａ。Ｓ １ ｎ－ｋ ｍ １ ，卜ｋ ， ， Ｓｘ 【 南 （刍 ｍ ） Ｊ 其中： 。为临界点声速值称“异常判定值”； 为（ｎ—ｋ）个数 据的平均值；ｓ 为（ｎ—ｋ）个数据的标准差；Ａ为由统计数据 数（ｎ—ｋ）对应的Ａ由查表获得；ｎ为测点数；ｋ为将全部测点 的声速值由小到大依次排序，去掉明显不合理的低声速值的 个数。 以临界值为基准，当声速波幅等低于ｌ临界值时，可判定为 缺陷。 三、桩身缺陷的范围可由声速、波幅深度曲线大致确定 （一）有效接收声场概念 当发射换能器和接收换能器放入声测管中，声波发射与 接收可能覆盖的范围，称之为“有效接收的声场”范围，发射换 能器的辐射功率越大，接收换能器的接收灵敏度越高，有效接 收声场的范围也越大，相反有效接收声场的范围也越小。 （二）缺陷所处位置与有效接收声场关系 如图１所示，发射换能器与接收换能器，位于桩身某一高 程水平面缺陷可能出现的三种不同位置有： （１）缺陷Ａ处在有效接收声场之处，显然在这种情况下， 声波的声时、波幅都不会有什么变化，也就发现不了缺陷Ａ。 （２）缺陷Ｂ处在有效声场之内，但没有通过０到０饷连 线，这时声时没有任何变化，但是缺陷遮挡了一部分声能，会 使声波波幅下降。 （３）缺陷ｃ处在有效声场之内，且通过了０到０韵连线， 这时声波要绕过缺陷Ｃ才能到达接收换能器，声线拉长，视声 速下降，同时缺陷ｃ遮挡了声能，波幅也下降。 由此可见，利用波幅、声时（声速）综合分析，可定性或半 定性的推断缺陷在空间平面上的展布范围，由图２所示。 图１缺陷可能处在不同部位 （ａ） ｒｅ） ｆｄ） 图２ 由波幅、声速推定缺陷范围 （三）确定缺陷平面范围实例 如图３所示，某工程桩基埋设三根测管，三个声测面的测 试结果。可见Ｉ、Ⅲ检测剖面在３．８ｍ、３．６ｍ处声速、波幅均 超过临界值，Ⅱ检测面在３．６ｍ处波幅略超过临界值，可确定 缺陷范围如图中右下角所示。再根据声速、波幅——深度曲 线，可确定缺陷垂直方向的尺寸，即可估计出缺陷的空间位置 和体积。 四、跨孔声波透射检测桩基完整性实例 模型桩检查实例 如图４所示，是２．２５ｍ长模型桩，桩的断面为１．Ｏｍ× ０．６ｍ。其中１是二次浇灌面；２是３０ｃｍ 的圆形泥团；３是 ３０ｃｍ 木板空盒子摸拟空洞；４是声测管、管距７６ｃｍ。 五、结语 超声波透射检测桩基有桩身内逐点测试反映的情况细 腻，可半定量推断出缺陷的分布及尺寸，不受桩长、桩径。 但是必须预先埋设检测管，无法检测一般缩径，严重缩径易误 判，为了弥补这些缺点，可采用其它的检测方法解决。 ｝ ・ Ｓ ｝柚 莓 一！ 毫 ～ ， ｝ 『萝 ｉ 暑 嚣・ ｜ ⅫＩ ∞ｌ・ 啪 ｉ 々 ｜ｏ君 ； 图３跨孑Ｌ声透法埋设三根声测管声速、波幅、ＰｓＤ—— 深度缺陷 图４模型桩不同长度换能器检测结果 图中是用长度约为８ｃｍ的短换能器，以２．５ｃｍ点距测试 的结果。图中波幅曲线对泥团、二次浇灌面、空洞均有明显的 显示。声速曲线对有空洞反映异常超过临界值，对泥团有显 示，二次浇灌面不明显。 参考文献： ［１］吴庆曾．声测与动测技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００９． ［２］冯文元，冯志华．建筑结构检测与鉴定实用手册［Ｍ］．北京：中国 建材工业出版社。２００７． ［３］周明华．土木工程结构试验与检测［Ｍ］．南京：东南大学出版 社．２００２． ［４］周克印，周在杞，姚恩涛，等．建筑工程结构无损检测技术［Ｍ］．北 京：化学工业出版社，２００６． ２Ｏ１
