桩基检测中声波透射法的实验探析

0 引言
声波透射法凭借其精准、无损等特点，深受工程检测行业青睐。

陈育光[1]认为桩头、声测管等因素间接影响桩基检测质量。

罗志凡
[2]
根据某跨河桥梁工程等内容，提出声波透射法能
够为桥梁养护工作提供处治依据等观点。

王球[3]在利用模糊数学原理构建模糊综合评价体系的基础上，以各声学参数为依据，发现了桩基评价存在完整性不高等问题。

本文在此基础上，总结了声波透射法的检测步骤与指标，设计实验并以具体工程为例进行检测，提出了声波透射检测失误率较低、检测质量较高等结论。

1 桩基检测中声波透射法的检测步骤与指标
1.1 检测步骤
1.1.1 现场测量
现场测量作为声波透射法开展工作的首要步骤，在提供一手实验数据、确保检测质量等领域作用显著。

测量时，检测人员需综合使用声波换能器、非金属超声检测仪等工具，通过向桩基发射声波脉冲信号并收集回传等途径，获取声波信号数据以备用。

1.1.2 声波去噪
鉴于检测现场环境对声波脉冲信号的准确性存在一定影响，因此，检测人员应选用滤波技术对已收取的声波信号进行去噪。

其中，声波脉冲序列去噪流程如下：①检测人员将目标去噪声波脉冲序列记为Z ，具体如式（1）所示。

Z = [（x 1，y 1），（x 2，y 2），…，（x n ，y n ）]
（1）
式（1），x 表示声波传播深度；y 表示声波脉冲信号的传播速度；n 表示序列组的数量。

②检测人员将使用滤波窗口划
过Z 序列，计算出序列中值，使用中值代替原始值。

③检测人员需要重复以上步骤，直至Z 序列中全部波动滤除完成后方可停止操作。

1.1.3 缺陷识别
缺陷识别作为声波透射法检测步骤中的关键一环，对提升声波透射检测结果的科学性具有重要意义。

因声波信号序列是按照时间—深度顺序进行排列，有利于检测人员有效把握声波序列整体规律。

因此，工作人员在获得频率域声波透射信号，结合各桩基声波穿过横截面的波速、波幅等参数，通过分析软件计算即可获取检测数据的计算结果并进行分析，最终完成缺陷识别工作[4]。

1.2 检测指标
1.2.1 声波波速
声波波速是声波透射法检测的核心指标之一。

当桩基内部存在缺陷时如松散、蜂窝、孔洞、夹层时，会使声波穿过缺陷产生散射、反射、透射及绕射现象，接收时间要略长于正常桩基。

桩基混凝土等级与声波波速对应等级如表1所示，代入声波波速判断出桩基等级。

表1 桩基混凝土等级与声波波速对照表混凝土等级声波波速（m/s）
优质 4 500+良好 3 500～4 500一般 3 000～3 500较差
2 000～
3 000
非常差
2 000-
除表1参数外，工作人员还可以使用波速信号异常检测法
作者简介：蔡思宪（1985-），男，工程师，研究方向：桩基检测。

桩基检测中声波透射法的实验探析
蔡思宪
（福建华诚工程研究院有限公司，福建 泉州 362000）
摘 要：为探析声波透射法在桩基检测领域的实际价值，本文聚焦声波透射法，从实验模拟与具体工程检测等方面开展论证。

在梳理声波透射法检测步骤与指标的基础上，从实验准备、实施、分析等环节开展实验，得出“声波透射法以各项声学参数为依据，能够有效识别桩基缺陷，应用价值较高”等实验结论。

为验证结论的精准性，文末设置“案例工程检测”一章，从××工程实际情况出发，使用传统检测与声波透射检测两种方法对桩基进行检测，最终得出“声波透射法在案例工程检测中失误率较低、检测质量较高”等检测结论，为声波透射法在桩基检测领域提供实际案例依据，再次凸显桩基检测中声波透射法的重要价值，以期为相关工作人员日后开展工作提供参考。

关键词：桩基检测；声波透射法；实验分析；案例检测中图分类号：TU473.1+6 文献标识码：A DOI：10.20080/ki.ISSN1671-3362.2024.03.013
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2024年
进行检测，具体如式（2）：
v 01＝v m －λ×s v 02＝ v m ＋λ×s （2）式（2）中，v 01表示声波波速异常小值判断值；v 02表示声波波速异常大值判断值；λ表示根据规范《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）表10.5.3查得的与检测数据个数相对应的系数；s 表示声速标准差。

工作人员在实际操作中，若声波透射信号速度值≤v 01或声波透射信号速度值≥v 02时，即为声波波速异常。

1.2.2 声波波幅
声波波幅作为声波透射法的另一核心指标，在检测中发挥着重要作用。

声波波幅能够直接反映出桩基混凝土的粘塑性，即声波波幅越低，声衰程度越高，桩基存在缺陷的概率越大。

工作人员可利用波幅信号异常检测公式辅助判断，具体算法见式（3）：
∑==11
n pi
A n A 基于声波透射法的桩基检测实验
2.1实验准备
2.1.1设备与材料（1）此次实验使用的超声波桩基检测仪器为北京康科瑞非金属超声检测分析仪，型号：NM-4A，参数如下：一次测试可完成剖面数为3个，通道方式为3个，声时精度为0.05
（3）
式（3）中，A 表示平均声波波幅；n 表示桩基检测面测点数；A pi 表示第i 个声测信号波幅。

工作人员在实际操作中，若声波透射信号波幅值≤A -6时，即为声波波幅异常。

1.2.3 其它指标
当采用信号主频值作为辅助异常声测线判断依据时，主频－深度曲线上主频值明显降低的声测线也可判定为异常。

若采用斜率法作为辅助异常声测线判断依据，声时－深度曲线上相邻两点的斜率与声时差的乘积PSD 值，当PSD 值在某处深度突变时，宜结合波幅变化情况进行异常声测线判定。

PSD 值的求取见式（4）：
1
2
1),(z z )]()([----=
i i ci ci i j j t j t PSD 基于声波透射法的桩基检测实验2.1实验准备
2.1.1设备与材料
（1）此次实验使用的超声波桩基检测仪器为北京康科瑞非金属超声检测分析仪，型号：NM-4A，参数如下：一次测试可完成剖面数为3个，通道方式为3个，声时精度为0.05
（4）
式（4）中，PSD 表示声时－深度曲线上相邻两点的斜率与声时差的乘积；t ci
（ j ）表示第j 检测剖面第i 条声测线的声时；t ci -1 （ j ）表示第j 检测剖面第i -1条声测线的声时；Z i 表示第i 条声测线深度；Z i -1表示第i -1条声测线深度。

2 基于声波透射法的桩基检测实验
2.1 实验准备2.1.1 设备与材料
（1）此次实验使用的超声波桩基检测仪器为北京康科瑞
非金属超声检测分析仪，型号：NM-4A，参数如下：一次测试可完成剖面数为3个，通道方式为3个，声时精度为0.05μs ，
增益精度为0.5dB，频带宽度为10～400kHz。

（2）超声检测
探头为声测管（钢管若干、塑料管若干），状态如下：声测管接头处完好，管壁平整无变形。

2.1.2 技术与方法
（1）此次实验使用声波透射法，主要流程包括现场测量、声波数据采集、计算分析以及缺陷识别等。

具体参数如下：声测管需均匀分布在桩基四周方向，测点间距为100mm，发射与接收探头运动频率一致，最大相对高差不得超过20mm。

（2）此次实验所使用的检测方法共三种，分别为平测、斜测以及扫测。

（3）此次实验的核心检测指标为桩基缺陷。

2.2 实验实施
2.2.1 桩基、缺陷制作
实验开始前，工作人员提前准备好桩基模板若干、条形钢筋若干、声测管若干以及足量手工缺陷制作材料（聚苯乙烯泡沫等）。

首先，实验人员将此次实验拟制定混凝土桩基的参数确定为高3m、直径1.2m。

其次，实验人员模拟施工流程，制定桩基钢筋骨架，取出3支声测管分别固定在桩基钢筋骨架四周，需确保声测管能够更改位置并方便取出。

再次，实验人员使用聚苯乙烯泡沫与混凝土适量混合，模拟桩基缺陷。

缺陷共有三处（ABC），A 直径为0.1m、B 直径为0.2m、C 直径为0.3m。

最后，实验人员完成最终的桩基浇筑工作，确保缺陷A 距离桩基底部2m、缺陷B 距离桩基底部1.5m、缺陷C 距离桩基底部1m。

2.2.2 桩基检测
检测设定前提如下：桩基介质为C30材质的混凝土，默认密度为2 400kg/m 3，粒子直径统一2mm。

为确保实验结果精确性，实验人员将测试点数量确定为30个（其中ABC 处各2个，总计6个）基于以上，开展桩基检测工作。

检测时间定在混凝土龄期达到28d，检测温度设定为20℃，检测相对湿度设定为95%。

检测人员使用非金属超声检测分析仪对拟定30个测试点开展检测，生成数据以备用分析使用。

此外，实验人员应充分考虑桩基加载反力不对称等问题[5]对实验数据的影响。

2.3 实验分析
2.3.1 实验数据
由超声仪等仪器可知，A处检测点平均数值为：波速3.432km/s，波幅107.01dB；B 处检测点平均数值为：波速3.371km/s，波幅106.77dB；C 处检测点平均数值为：波速3.271km/s，波幅105.98dB。

其余24处检测点平均数值为：波速3.705km/s，波幅121.69dB。

2.3.2 实验分析
（1）ABC 处平均数值与其余24处具有明显差异，与实验设定条件一致，证明实验数据有效。

（2）声波透射法能够有效鉴别桩基缺陷，具备应用价值[6]。

（3）在实际工作过程中，工作人员需要以工程实际情况为依据，适当介入PSD 值等作为
辅助参考，以提升检测结果准确性。

3 案例工程检测
3.1 工程概况
现有一市政工程项目XX，具体情况如下：该市政道路工程途经某市郊区，总长度为11.096km，项目施工周期为24个月，总投资为12亿元。

拟建设车道为8车道，设计时速为80km/h。

项目负责人在现场踏勘后，拟采用传统检测法与声波透射法等两种方法对该项目桩基1～8号桩进行检测，并将波速、波幅等确定为此次对照试验的主要声学参数，以确保检测结果的精
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确性[7]。

3.2 检测与分析
以本项目1号桩为例，基于传统检测法的汇总数据如表2所示。

由表2可知，传统方法检测下，序号11～15与16～20处存在异常。

复检后，序号11～15处显示无异常，三检后证实1号桩仅在16～20标记点处存在异常。

同样以1号桩为例，基于声波透射法的汇总数据如表3所示。

由表3可知，检测人员以波速、波幅为核心指标，复检结果与初检结果一致，检测准确度较高。

检测结果为：剖面2～3处桩基存在异常，该处波速与波幅等声学参数为3.287km/s与106.98dB，与标准值存在较大差异。

此外，检测人员汇总该项目1～8号桩数据，得到传统检测法与声波透射检测法数据漏检率对比数据如图1所示。

由图1可知，传统检测法的最高漏检率出现在桩基7号，高达5.72%；声波透射法最高漏检率出现在桩基3号，仅为0.61%。

综上，声波透射法能够为桩基检测提供有效声学参数，对桩基检测具有重要意义。

同时，声波透射法漏检率较低，数据精准度较高，具备应用价值。

4 结论
综上所述，文章深度研讨桩基检测中声波透射法的实际价值，通过实验模拟以及具体工程检测等环节，得出以下结论：（1）声波透射法以波速、波幅等各项声学参数为依据，能够有效鉴别桩基缺陷，具备应用价值；
（2）声波透射检测在案例工程中的失误率较低，复检结果与初检结果高度一致；
（3）声波透射检测法在案例工程检测中漏检率较低，检测质量较高。

参考文献
[1] 陈育光.声波透射法及钻芯法在建筑桩基检测中的应用研究[J].
江苏建材,2023(06):43-45.
[2] 罗志凡.声波透射法在桥梁桩基检测中的应用[J].交通世
界,2023(23):131-133.
[3] 王球.基于AHP的模糊综合评价体系在基桩声波透射法检测中的
应用研究[D].南昌大学,2021.
[4] 张轶男.桩基超声波透射法检测常见缺陷对应的声参量特征分析
[J].四川水泥,2023(05):110-112.
[5] 王苏.建筑桩基中超声波透射检测技术的应用[J].中国建筑金属
结构,2023,22(11):56-58.
[6] 贠宝革,於嘉旺.基桩完整性检测方法应用分析[J].中国建筑金属
结构,2023,22(02):87-89.
[7] 于跃池.声波透射法在桩基质量检测中的应用[J].中国建筑金属
结构,2022,21(03):132-134.
表2 基于传统检测法的××工程桩基1号缺陷检测结果汇总
检测点序号是否异常复检结果备注1～5否一致-
6～10否一致-11～15是不一致三检无异常16～20是一致-
表3 基于声波透射法的××工程桩基1号桩检测结果汇总表
检测剖面是否异常波速（km/s）波幅（dB）1～2否 3.701121.87 1～3否 3.691121.07 1～4否 3.699121.09 2～3是 3.287106.98 2～4否 3.699121.88 3～4否 3.700121.86。