声波透射法在建筑工程桩基检测中的应用分析

1 声波透射法

1.1 检测原理

声波透射法作为一种针对桩身完整性进行检测的技术，通过人为激励方式将声波发射于被检测介质中，并在有效距离范围内接收经过介质物理特性调制声波。获取相关数据后，检测人员可掌握声波在介质中传播时声学参数和波形变化，实现深度分析被检测对象的宏观缺陷、几何特征等。当桩身混凝土出现不连续性或缺陷界面时，这些界面将形成阻挡声波的障碍，声波遇到这些障碍时会产生反射和透射现象，从而使接收装置捕获到的信号能量显著降低。此外，若桩身混凝土内部存在离析、空洞、夹泥等严重缺陷，声波传播时还会出现散射与绕射的现象。在桩身混凝土中，声波传播的能量衰减、频率的变化及波形的畸变，共同构成判断桩身混凝土密实度及其内部强度和缺陷的重要依据。检测人员在该过程中会记录、分析声波在不同检测面与高度特点参数，进而掌握桩身混凝土内部缺陷。

具体来说，开展前期准备工作过程中，检测人员需要基于桩径大小明确声测管埋设点位，其可被视作换能器主要检测通道，实现声波在桩基中的有效传播。在具体测试时，两根声测管配对使用，借助水介质实现声波信号的有效耦合。测试信号由一根声测管的换能器发射，并通过另一根声测管内的换能器接收。同时，超声波设备对获取的技术参数进行详细记录和分析。

1.2 优缺点

相比于其他检测技术来说，声波透射检测技术具有明显优势，如检测范围广泛、精细。具体来说，应用声波透射检测技术过程中，其检测范围可完全覆盖各横截面，检测人员可获取大量信息，同时还可避免结果发生错误。与此同时，通过合理使用声波透射检测技术，还可降低操作难度，避免检测工作受到桩长、长径比等方面的限制。通过全面检测桩身混凝土的完整性，能够全面透彻地反映出桩身混凝土的真实完整性。尽管声波透射法具有不少优点，但它亦有其局限性。例如，声测管易发堵塞，难以评价桩底部和桩端持力层的真实状况；声测管底部的积水可能引起锈蚀，泥浆的覆盖和清洗不彻底所产生的沉积物同样会降低声测管与混凝土间的黏合质量。

例如某桥梁工程 21 号桩基，设计直径为 1800mm ，相关的检测单位主要采用声波透射检测技术对其进行检测。经过分析检测结果发现，该项目桩基各剖面底均出现缺陷。之后，检测单位结合钻芯法对其进行检测，发现底部混凝土芯样结构完整，且处于良好连续性胶合状态，并无明显缺陷。

2 声波透射法的检测方法

超声波检测时 ， 两个剖面为一组检测面 ， 发射端在混凝土内激发一个高频次的弹性脉冲波 ， 接收端为高精度的接收系统 ， 可记录该脉冲波在混凝土内传播过程以及传播的波动特征。通过对不同侧面、不同高度上的检测 ， 记录超声波的特征 ， 对桩身混凝土总体的均质性和完整性作出评价 ， 可根据现场的情况选择平测、斜测或扇形扫射等。

2.1 平测法

平测时 ， 将发射、接收换能器分别置于某一剖面的声测管中 ， 并放至桩的底部。发射和接收声波换能器应始终保持相同深度 ， 将声波发射和接收换能器从桩底向上同步提升 ， 声测线的间距应不大于 100mm 。通过对平测普查的数据进行分析， 根据声学参数的异常值， 确定可疑点的大致位置。

2.2 斜测法

根据平测法的结果 ， 核实异常点的情况 ， 并确定异常部位的纵向范围。将发射、接收换能器置于声测管中， 声波发射与接收换能器应始终保持固定高差，应保证两个换能器中点连线的水平夹角不大于 30^∘ 。斜测可以缩小缺陷在水平方向上的范围。

2.3 扇形扫测法

在桩身质量可疑的声测线附近 ， 将一只换能器固定在某高程不动 ， 另一只换能器逐点移动 ， 两个换能器中点连线的水平夹角不应大于 40^∘ 。扇形扫测可以排除声测管耦合不良等非桩身缺陷因素导致的异常声测线。

3 声波透射法检测技术在桩基检测中应用

3.1 项目工程的实际情况

该项目场地的地质条件复杂多样，不同地层的密实度、抗压强度、可塑性等工程特性存在着巨大差异。基于此，在设计桩基参数时，该项目充分考虑并针对不同的土层特性进行合理的设计。在该项目中，采用了钻孔旋挖灌注桩（泥浆护壁）作为桩基础，这种桩基类型在复杂地质条件下具有较强的适用性，能够为项目提供可靠的支撑和承载能力。项目需求规定了桩长设计范围为

15^～25m 、桩径设计范围为 1^～1. .6m，桩端持力层为中风化混合花岗岩，设计强度被规定为C35，以此设计来保证桩基工程的承载能力和稳定性达到优良水平。

由于不同地层的土壤特性差异巨大，因此，为了强化桩基工程的稳固和可靠，在施工中，依据实际的地质情况和土层特性对设计和施工进行了精细处理。并且考虑到不同岩土层的承载能力存在差异，详细分析了承载能力，以便合理评估和设计桩基的承载能力，从而确保工程的稳定和安全可靠。经过上述考量和分析，选用了钻孔旋挖灌注桩作为桩基施工方式。钻孔旋挖灌注桩（泥浆护壁）桩基础设计桩长为 15^～25m 、桩径为 Γ^～1.6m ，桩端持力层为中风化混合花岗岩，设计的桩混凝土的强度等级为C35。

3.2 声波透射法检测技术的应用

3.2.1 地层质量评估

本项目应用声波透射法来评估地层的土壤密度、孔隙率和岩石密度等物理特性。根据地层声波速度和声波衰减系数的测定，可以获得地层材料的物理参数。具体数值为：土壤密度为 1600m/s ，在标准数值（ （1500^～2500m/s ）范围内；土壤孔隙率为 0.3，符合典型数值（ ）范围；岩石密度为 5500m/s ，在典型数值（ 4000^～8000m/s ）范围内。

3.2.2 桩周地层连通性

声波透射法可以识别不同地层之间的相互联系和接触情况，通过评估土层间的连接情况和土壤中的孔隙结构，可以判断桩周土体的稳定性。具体数据包括以下两个方面。（1）土层间的连接情况：确认土 - 石、砂 - 黏土等地层间的交界情况。（2）土层孔隙结构：检测显示，土壤中不存在的大型空洞或裂隙，没有地层的不稳定性状况。

3.2.3 桩底承载层确认

确认桩底的岩土承载层位置和特性对桩基础设计至关重要，声波透射法可以用于确定桩底的持力层深度和桩底土层特性，具体如下。（1）桩底土层特性：典型土层的物理力学参数包括密度、波速、声衰减等都符合设计要求。（2）持力层深度：声波测试得出的桩底持力层深度为 15^～20m ，符合要求规范。

3.2.4 桩身质量和缺陷检测

本项目应用声波透射法进行桩身的质量和缺陷检测，在获取声波的传播情况后，可以评估桩体的质量和识别可能存在的裂缝和空洞，具体如下。（1）桩身质量评估：桩体的平均波速为 4000m/s ，在典型值范围 3000^～6000m/s 内，证明桩体的整体质量合格。（2）桩身缺陷识别：对可能存在的裂缝和空洞进行识别和定位，结果显示不存在以上问题，证明桩基础稳定性优良。

结束语

建筑、交通、水利等领域对桩基工程建设的质量要求非常高，传统的桩基检测技术存在不足。声波透射法可以对桩体的整体性能进行全面评估，为工程质量控制提供新的手段和技术支持，有助于减少因桩基质量问题而引发的安全事故，降低维护成本，延长工程使用寿命。

参考文献

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