摘要：在工程建设中，基桩对整个结构物安全起决定性作用，伴随近年来混凝土灌注桩的广泛应用，其桩身完整性是保证基桩承载力的前提，结合日常工作经验，论述基桩完整性检测中声波透射法的优化及应用。
关键词：基桩完整性；波速；波幅
一.引言
桩是构筑建筑物基础中的柱状构件。在工程建设中，基桩除要承受上部结构的竖向荷载，还要承受承重构件因风力、水流、撞击等横向推力引起的横向荷载。因此，基桩的质量对整个结构物安全起决定性作用。在我国公路工程建设中，混凝土灌注桩是桥梁工程基桩的主要形式。
混凝土灌注桩在实际施工过程中，受是施工工艺、施工水平及外在不可预见因素影响，加上基桩是隐蔽工程，其桩身内部易出现局部夹泥、缩颈、集中性气孔、桩头低强区及桩底沉渣过厚等缺陷。在现行的检测技术支持下，目前基桩完整性检测方法主要有：声波透射法、钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法。一般在符合设计规范的前提下，若桩身完整性满足要求，其承载力一般也能满足使用要求。
声波透射法基于超声脉冲技术，旨在发现桩身混凝土质量，检测混凝土内部质量缺陷的位置和大致范围。在波传播过程中，波的声学参量与被测介质的内部结构、力学特性的存在相关关系，检测声学参量的相对变化可以反映被测介质结构、特性的变化。
本文结合云南某条高速公路桥梁工程基桩检测实例，论述声波透射法在基桩完整性检测中优化及应用，简单表述桩身混凝土缺陷引起声学参数直观变化。
二.声波透射法的分析判定
2.1 主要声学参数
在声波透射法检测中，声学参数主要有声时（T）、波速（V）、波幅（A）、主频（F）4个参数，其中声时与波速可以互相转化。在声波透射法检测混凝土灌注桩完整性中，声时和波幅是两个重要指标，。
目前桩身混凝土缺陷判别主要依据于实测声速、波幅及其随深度的变化曲线并根据声速判据、波幅判据和PSD判据综合分析桩身质量及混凝土缺陷程度。
2.2 依据声速判定分析
声速判据：当超声波在传播过程中遇到混凝土缺陷时将产生绕射，声时变大，其计算波速降低，声速临界值采用同强度正常混凝土的声速平均值及标准差。一般来说声速指标比较稳定，重复性好，数据有可比性，但对桩身缺陷反应不够灵敏。
结合云南某高速公路桥梁工程基桩，桩身混凝土缺陷引起声学参数直观变化。桥梁工程基桩：桩径2200mm，桩长30m，如图1所示，检测数据在10.85m~11.75m段声速急剧降低，波幅急剧下降，PSD曲线严重畸变，后经钻芯法验证，如图2所示，该桩在11.11m~11.60m段夹泥，捞取物呈细沙状、灰褐色，夹带少量小颗粒碎石。
图1 波速异常声波透射法检测曲线图
图2 波速异常钻芯验证芯样照片
2.3 依据波幅判定分析
波幅判据：超声波在缺陷界面产生反射、散射，能量衰减，波幅降低。采用波幅对缺陷判断时，要求波幅值有可比性，在检测中要求保持仪器发射电压等测试参数不变，测距相同，测试角度相同，保持传感器与混凝土灌注桩之间良好的耦合状态，波幅变化对桩身缺陷的反应较敏感。
同为云南某高速公路桥梁工程基桩，桩身混凝土缺陷引起声学参数波幅单点异常直观变化。桥梁工程基桩：桩径1600mm，桩长25m，如图3所示，检测数据在5.70m~6.00m段波幅急剧降低，波速单点异常，后经现场开挖验证，如图4所示，该基桩在5.9m左右位置处箍筋外露。
图3 波幅单点异常声波透射法检测曲线图
图4 波幅异常开挖验证图片
三. 混凝土常见质量缺陷与声学参数关系
经过对批量缺陷桩超声波实测数据的研究表明，部分混凝土质量缺陷有以下直观声学参数变化：
（1）混凝土离析：混凝土骨料堆积、砂浆少，表现为声速基本保持正常波速，波幅会下降；
（2）骨料少而砂浆多的低强区，表现为波速偏低，波幅保持不变；
（3）夹泥、缩颈、沉渣、断桩：由于被测介质发生根本性变化，表现为声速、幅度均发生急剧下降，波形严重畸变或无接收波形；
（4）桩头低强区：表现为波速和幅度明显缓慢下降趋势。
在现场检测过程中，应排除仪器损坏、耦合剂异常等因素引起的声学参数异常，必要时可重复检测，保证检测数据的完整性与真实性。
结束语
在工程质量检验中，超声波检测技术是一种广泛使用且快速发展的无损检测技术。声波透射法检测基桩完整性，具有检测全面、细致，检测数据信息丰富、直观，结果准确可靠的优点，在实际检测工作中，不能使用单一指标来评判基桩完整性，应考虑声速、波幅及主频来进行综合评判，必要时可使用钻芯法、低应变法、灌注桩CT扫描成像技术等多种检测技术来综合判定。伴随检测技术的发展进步，基于超声脉冲技术在岩土工程领域研究，实现声波透射法在评判桩身完整性定性分析向定量分析的转变。
参考文献：
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[4]广东省建设工程质量安全监督检测总站.《工程桩质量检测技术培训教材》. 中国建筑工业出版社.2009
[5]罗琪先.桩基工程检测手册.人民交通出版社.2004
论文作者:李松
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/24
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