摘要：声波透射法凭借诸多鲜明的技术特点，成为目前桩基无损检测的重要手段，在许多工程建设中得到广泛应用。本文介绍声波透射法的原理、检测方法，并结合工程实例，说明声波透射法能够判定桩基质量，为补强桩基提供依据，效果明显。
关键词：基桩检测；声波透射法；声测管；基本原理；灌注桩；补强
1前言
随着工程建设事业的快速发展，混凝土灌注桩桩基础应用领域的拓宽，但是桩基质量直接关系到建筑物的安全和使用。因此桩基质量检测已经成为工程建设的一项重要内容。目前，混凝土灌注桩检测方法主要有4种方法，即高应变法、低应变法、声波透射法及钻芯法。其中声波透射法具有检测全面、细致；检测范围可覆盖桩长的各个横截面，信息量丰富，结果准确可靠；现场操作简便、迅速，不受桩长、长径比的限制，一般也不受场地的限制。因此，声波透射法成为目前的混凝土灌注桩完整性检测的重要方法。
2声波透射法的基本原理
混凝土的物理力学性质受其内部结构特性与外部环境条件等诸种因素制约，其声波传播特性反映了混凝土的应力应变关系，根据弹塑性介质中波动理论，声波在介质中传播波速为：
（1）
式中，E为介质中的动态弹性模量；ñ为密度；í为泊松比。
弹性模量与介质的强度之间存在相关性，声波在混凝土中的传播参数(声时值、声速、波幅等)与混凝土介质的物理力学指标(动弹模、密度、强度等)之间的相关关系就是声波在基桩中传播参数的理论依据。当混凝土介质的构成材料、均匀度、施工条件等内、外因素等基本一致时，声波波速在其中的传播参数应基本一致。若介质中存在缺陷，则声波波速在传播的途径中产生饶射、反射等现象，使其声时、声速、声幅等产生变化，从而判定桩身混凝土的内在质量问题。
对被检测桩预埋A、B、C三管，从桩底开始沿桩长每隔20～30cm分别进行A-B、B-C、A-C三个剖面在同高程对测(平测)，一般各测点发射与接收换能器累计相对高差不大于2cm，并随时校正(见图1)。
图1声波透射法现场检测示意图
声波在混凝土中的传播速度(波速)依据实测声时，测距计算得出：
(2)
其中，tp=t-t0-t′；t0为声时初读值；t′为声时值修正值，
(3)
式中，D为测管外直径，d为测管内径；d′为换能器外径；Vi为检测管壁厚方向声速；Vw为水相声速。
桩身混凝土异常的临界值用下式判定：
＜σ或＜2σ（4）
式中，,σ（σ)分别为波速(声时)平均值和波速(声时)标准差。
（5）
σ=（6）
3现场检测
3.1声测管的选择和安装
采用声波透射法检测混凝土桩身完整性，先在桩身中预埋声测管，声测管要有足够的强度和刚度，同时有较大的透声率，我们在实际检测工作中采用2英寸的钢管，其外径为60mm内径为53mm（换能器直径约为30mm），采用钢管的优点是便于安装，将钢管电焊在钢筋笼骨架上，可代替部分钢筋截面，而且由于钢管刚度较大，埋设后可基本保持平行度和平直度，其缺点是价格较高。根据实际需要，也可以采用钢质波纹管或塑料管作为声测管。
3.2检测过程和结果分析
现场的检测过程一般分两个步骤，首先是采用平测法对全桩各个剖面进行普测，找出声学参数异常的测点。然后对声学参数异常的测点采用加密测试、斜测或扇形扫测等细测方法，一方面验证普查结果，另一方面进一步确定异常部位的范围，为桩身完整性类别的判定提供可靠依靠。
平测时先对各检测剖面进行编号，将换能器（按多发多收换能器进行说明）放置到各声测管中，并放至到底部，保持相同标高。自下而上将换能器以相同步长（一般不大于250mm）向上提升。每提升一次进行一次检测，记录各声学参数数据，重点是声时和波幅，同时也要注意实测波形的变化。如果发现存在声学参数异常，可以调整换能器之间的高差，对异常部位进行斜测或扇形扫测等。
根据检查结果，桩身缺陷初步判定如下
（1）局部缺陷判定：平测时发现某些测线数据异常后进行斜测，在多条斜测线中，仅有一条测线数据异常，可以判定为局部缺陷，位置在两条异常测线的交叉点处。
（2）缩径缺陷判定：在平测中某些测线数据异常，在斜测中平测时的异常点，接收和发射处的测线数值异常，而穿过测线中心部分的斜测值正常，可判定为中心部位正常，边缘部分存有缺陷，可能桩身发生缩径或夹泥。
（3）断桩：平测测线异常，在斜测中平测时的异常点，接收和发射处的测线数值异常，穿过测线中心部分的斜测值也是异常，判定缺陷连成一片，所以声测截面都在同一高程出现异常，声测值明显偏低，判定全断面缺陷为断桩、混凝土严重离析或存有夹泥。
根据检测结果，可对有缺陷的部位实施处理措施时进行指导。下面以一工程实例具体说明。
4工程实例
4.1概况
某调度楼，主楼23层，裙楼4层，均为框架结构。拟建场地地层结构自上而下为：①杂填土(淤泥质土)，黄色～灰黑色，软塑～流塑状态，层厚2.5～4.2m；②粉质粘土，灰黄色，可塑状态。层厚0.00～1.90m。fk=160kPa，Es=7.0MPa；③粘土Ⅰ，灰黄色～褐黄色，可塑～硬塑状态，层厚0.00～4.50m，fk=230kPa，Es=11.0MPa；④粘土Ⅱ，褐黄～黄色，硬塑～坚硬状态，层厚3.80～7.80m，fk=280kPa，Es=14.0MPa；⑤强风化泥质砂岩，棕红色，中密～密实状态，层厚4.70～13.4m，fk=350kPa，Es=18.0MPa；⑥中风化泥质砂岩，棕红色，岩质较坚硬致密，层厚大于30m,fk≥900kPa，压缩性微小。
该楼采用人工挖孔扩底灌注桩基础，共183根。主楼的桩平面图见图2。主楼的桩径为
Ö1.15m～Ö1.8m，扩大到Ö2.80m～Ö3.5m，桩长因地质条件而定为12.0m～16.3m，桩身砼C35并配钢筋，共设置声波透射法检查的工程桩29根。
图 2 主楼桩基平面图
4.2声测管埋设
根据声波透射法的测试要求，在拟测的29根工程桩埋设声测管，每根桩均按等腰三角布声测管A,B,C三根，AB=AC=BC=87cm。声测管采用钢管，外径Ö40mm，内径Ö35mm，声测管直达桩底。
4.3第一次检测
按声波透射法的检测规划和方法，分别对29根进行检测，获得结果为：除75#桩之外，其余28根桩均正常，没发现重大缺陷，判为Ⅰ类和Ⅱ类桩，可作工程桩使用。但75#桩于12.1～12.6m处存在严重离析，AB，AC和BC三个剖面均超判据，实测波形见图3。经加密测试，表明是整段式的严重离析，75#桩判为Ⅲ类桩，不能直接使用。
图3 第一次实测波形
4.4补强与第二次检测
根据75#桩的声波透射法的检测结果，设计、施工、监理和业主多方协商决定对75#桩进行抽芯
验证。在75#桩呈三角形布置三个孔进行钻孔取芯。三个钻孔的取芯均发现于12.2～12.6m处存在严重离析，随后采用高压注浆进行后期补强。经补强满凝期后，对75#桩进行第二次声波透射法复测，即在第一次声波透射发现异常处再次复测，波形见图4。第二次检测表明，补强后的75#有明显改善，三个剖面的声时、声波不超判据，仅BC剖面上的声幅，略有轻微超判据的现象，判为Ⅱ类桩。同时采用低应变锤击法进行复查，补强后的75#桩桩身质量也未发现严重缺陷，故建议补强后的75#可作工程桩使用。
图4第二次实测波形
5 结语
经过多年的发展和应用，从技术上来说，声波透射法已经非常成熟，在工程检测中已经被愈来愈多的从业人员所掌握与接收，检测结果准确科学可靠的，尤其是当桩内有多个缺陷时更全面可靠。但是声波透射法的缺点是需要预埋声测管，成本较高，而且在实际检测工作中操作方面容易出现疏忽，造成误判或漏判，所以实际检测时应对有缺陷的桩应持慎重的态度，不要漏判缺陷，也不要夸大缺陷的严重程度，必要时可结合反射波法和钻孔取芯进行综合评价。随着科学技术的发展，出现更多更方便更精密的检测仪器，针对桩基检测的技术方法将会更加完善。
参考文献
[1] 陈国栋;超声波在混凝土桩基础无损检测中的应用研究[D];武汉理工大学;2005年
[2] 吴九懿;声波透射法在检测灌注桩中的应用[A];海南省公路学会2003年学术交流会论文集[C];2003年
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。