基桩检测方法与要点-道路工程试验与检测

钻（挖）孔灌注桩是桥梁结构常用的一种有效且安全可靠的基桩形式。但是，灌注桩的成桩过程是在桩位处的地面下或水下完成，施工工序多，质量控制难度大，稍有不慎极易产生断桩等严重缺陷。据统计，国内外钻孔灌注桩的事故率高达5%～10%。灌注桩的质量检测就显得格外重要。钻（挖）孔灌注桩的检测主要包括三个方面：一是施工前的检验（原材料的检验、配合比检验、施工机具检验）；二是施工过程检验；三是桩完整性、承载力检验。本任务重点介绍施工过程的一些检测项目与方法及桩完整性检测。

（一）施工过程检验

由于钻（挖）孔灌注桩可采用不同的钻孔（或挖孔）方法，虽然比较成熟，但是由于地质复杂或其他原因，容易出现质量事故，因此其检测项目较多。

1.检验项目

（1）筑岛：筑岛的面积应按钻孔方法、机具大小等要求决定；高度应高于最高施工水位0.5～1.0 m；筑岛材料及岛面与地基承载力应满足设计要求；岛体应稳定。

（2）护筒：应检验护筒内径、护筒中心竖直线、护筒高度、埋置深度及护筒的连接处。

（3）泥浆：对泥浆的要求与检验后述。

（4）灌注混凝土质量：应特别注意水下混凝土的质量。

（5）成孔质量、清孔及灌注桩质量检验。

此外，还有钢筋笼与导管检验。

2.泥浆性能指标检测

（1）相对密度γx。

泥浆的相对密度是泥浆与 4 °C 时同体积水的质量之比。相对密度可用泥浆相对密度计测定。将泥浆装满泥浆杯，加盖并洗净从小孔溢出的泥浆，然后置于支架上，移动游码，使杠杆呈水平状态（即气泡处于中央），读出游码左侧所示刻度，即为泥浆的相对密度。

如工地无以上仪器，可用一个口杯先称其质量，设为 m1，再装满清水称其质量为 m2，再倒去清水，装满泥浆并擦去杯周溢出的泥浆，称其质量为 m3，则γx＝(m3－m1)/(m2－m1)。

（2）黏度η。

黏度是液体或混合液体运动时各分子或颗粒之间产生的内摩阻力。工地用标准漏斗黏度计测定，黏度计如图 5.1.5 所示。用两端开口量杯分别量取 200 mL 和500 mL 泥浆，通过滤网滤去大砂砾后，将泥浆 700 mL 均注入漏斗，然后使泥浆从漏斗流出，流满 500 mL 量杯所需时间（s），即为所测泥浆的黏度。

图 5.1.5 黏度计（单位：mm）

1—漏斗；2—管子；3—量杯 200 mL 部分；4—量杯 500 mL 部分；5—筛网装置。

校正方法：漏斗中注入 700 mL 清水，流出 500 mL，所需时间应是 15 s，其偏差如超过±1 s，测量泥浆时应校正。

（3）含砂率（%）。

含砂率是泥浆内所含的砂和黏土颗粒的体积百分比。工地用含砂率计（见图 5.1.6）测定。测量时，把调制好的泥浆 50 mL 倒入含砂率计，然后再倒 450 mL 清水，使总体积为 500 mL，将仪器口塞紧，摇动 1 min，使泥浆与水混合均匀，再将仪器竖直静放 3 min，仪器下端沉淀物的体积（由仪器上刻度读出）乘 2 即为含砂率（%）（有一种大型的含砂率计，容积1 000 mL。从刻度读出的数不乘 2即为含砂率）。

（4）胶体率（%）。

胶体率是泥浆静止后，其中呈悬浮状态的黏土颗粒与水分离的程度，以百分比表示。反映泥浆中土粒保持悬浮状态的性能。测定方法为将 100 mL 的泥浆放入干净的量杯中，用玻璃板盖上，静置 24 h 后，量杯上部的泥浆可能澄清为透明的水，量杯底部可能有沉淀物。假如测量出透明水的体积为 5 mL，则胶体率为100－5＝95，即 95%。

图 5.1.6 含砂率计（单位：mm）

（5）失水量（mL/30 min）和泥皮厚（mm）。

失水量是泥浆在钻孔内受内外水头压力差的作用在一定时间内渗入地层的水量，以mL/30 min 为单位。工地可用滤纸法测定，用一张 120 mm×120 mm 的滤纸，置于水平玻璃板上，中央画一个直径 30 mm 的圆圈，将 2 mL 的泥浆滴于圆圈中心，30 min 后，量算湿润圆圈的平均半径，减去泥浆坍平成为泥饼的平均半径（mm）即失水量。在滤纸上量出泥饼厚度（mm）即为泥皮厚。泥皮愈平坦、愈薄，则泥浆质量愈高，一般不宜厚于 2～3 mm。

3.成孔质量检验及标准

钻、挖孔桩在终孔和清孔后，应进行孔位、孔深、孔径、孔形和倾斜度等检查。

（1）孔径和孔形检测。

孔径检测是在桩成孔后、下钢筋笼前进行的，是根据设计桩径制作笼式井径器入孔检测。笼式井径器用 φ 8～φ 12 的钢筋制作，其外径等于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的2～3倍（如正、反循环回转钻成孔法）或 4～6 倍（如冲击钻成孔法）。检测时，将井径器吊起，使笼的中心、孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径大于给定的笼径，遇阻则有可能在遇阻部位有缩径或孔斜现象。

孔形检测目前常采用的方法是开挖检查和超声波检测。开挖检测一般在工程试桩结束，直接观察桩身形状在相应土层中的变化，为工程桩施工控制孔形提供直观依据。超声波检测是近年来采用的新方法，已研制出了专门的超声波孔壁检测仪。

（2）孔深和孔底沉渣检测。

孔深和孔底沉渣检测普遍采用标准测锤检测，测锤一般采用锥形锤，锥底直径为 13～15 cm，高为 20～22 cm，质量为 4～6 kg。

（3）桩孔竖直度检测。

竖直度检测方法常用钻杆测斜法，将带有钻头的钻杆放入孔内到底，在孔口处的钻杆上装一个与孔径或护筒内径一致的导向环，使钻杆柱保持在桩孔中心线位置上。然后将带有扶正圈的钻孔测斜仪下入钻杆内，分点测斜，并将各点数值在坐标纸上描点作图，检查桩孔偏斜情况。也可以用圆球检测法和电子水平仪测斜法。

（4）桩位检测。

复测桩位时，桩位测点选在新鲜桩头面的中心点，然后测量该点偏移设计桩位的距离，并按坐标位置，分别标明在桩位复测平面图上。测量仪器选用精密经纬仪或红外测距仪。

钻、挖孔成孔的质量标准如表 5.1.5 所示。

表5.1.5　钻、挖孔成孔质量标准

注：清孔后的泥浆指标，是从桩孔的顶、中、底部分别取样检验的平均值。本项指标的测定，限指大直径桩或有特定要求的钻孔桩。

4.清孔的质量要求和检查方法

（1）清孔的质量要求。

摩擦桩：孔底沉淀土的厚度不大于设计规定；清孔后的泥浆性能指标应满足表 5.1.5 中的规定。

支承桩：灌注混凝土前，孔底沉淀土的厚度不大于设计规定。

（2）沉淀土厚度的检测方法。

沉淀土厚度的测算基准面：用平底钻锥和冲击、冲抓锥时，沉淀土厚度从锥头或冲抓锥底部所达到的孔底平面算起；用底部带圆锥的笼式锥头时，沉淀土厚度从锥头下端的圆锥体高度的中点标高算起。

沉淀土厚度的检测方法有如下几种：

① 取样盒检测法。这是较为通行的方法。具体做法是在清孔后用取样盒（即开口铁盒）吊到孔底，待到灌注混凝土前取出，测量沉淀在盒内的渣土厚度。

② 测锤法。测锤法是惯用的简单方法。使用测量水下混凝土灌注高（深）度的测锤，慢慢地沉入孔内，凭人的手感探测沉渣顶面的位置，其施工孔深和测量孔深之差，即为沉淀土厚度。

比较先进的检测方法还有声纳法、电阻率法、电容法等。

5.钻、挖孔灌注桩的混凝土质量检测

（1）桩身混凝土抗压强度应符合设计要求；每根桩取混凝土抗压强度试件组数为 2～4组，检验结果应满足混凝土质量检验要求。

（2）检验方法和数量应符合设计要求。

6.钻、挖孔灌注桩质量评定

钻、挖孔灌注桩质量评定实测项目与评分见表 5.1.6和表 5.1.7。

表5.1.6　钻孔灌注桩实测项目

表5.1.7　挖孔桩实测项目

（二）灌注桩完整性检验

灌注桩成桩质量通常存在两方面问题：一是桩身完整性，常见的缺陷有夹泥、断裂、缩径、扩径、混凝土离析及桩顶混凝土密实性较差等；二是嵌岩桩因灌注混凝土前清孔不彻底，孔底沉淀土厚度超过规定极限等质量问题影响了桩的承载能力。桩基础施工质量的检验，随着长、大桩径及高承载力桩基础迅速增加，传统的静压桩试验已很难实施。目前，常用的钻孔灌注桩质量的检测方法有以下几种：

1.钻芯检验法

由于大直径钻孔灌注桩的设计荷载一般较大，用静力试桩法有很多的困难，所以常用地质钻机在桩身上沿长度方向钻取芯样，通过对芯样的观察和测试确定桩的质量。但这种方法只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量，而且设备庞大、费工费时、价格昂贵。不宜作为大面积检测方法，只能用于抽样检查，一般抽检总桩量的 3%～5%，或作为对无损检测结果的校核手段。

2.振动检验法

所谓振动检验法又称动测法。它是在桩顶用各种方法（如锤击、敲击、电磁激振器、电水花等）施加一个激振力，使桩体乃至桩土体系产生振动，或在桩内产生应力波，通过对波动及振动参数的种种分析，以推定桩体混凝土质量及总体承载力的一类方法。这类方法主要有以下四种：

（1）敲击法和锤击法。

用力棒或锤子打击桩顶，在桩内激励振动，用加速度传感器接收桩头的响应信号，信号经处理后被显示和记录，通过对信号的时域及频域分析，可确定桩尖或缺陷的反射信号，据此可判断桩内是否存在缺陷。当锤击力足以引起桩土体系的振动时，根据所测得的振动参数，可计算桩的动刚度和承载力。

（2）稳态激振机械阻抗法。

在桩顶用电磁激振器激振，该激振力是一幅值恒定、频率从 20～1 000 Hz 变化的简谐力。量测桩顶的速度响应信号。作用在简谐振动体系上的作用力 F 与该体系上某点的速度 v 之比，称为机械阻抗，机械阻抗的倒数成为导纳，因此，可用所谓记录的力和速度经仪器合成，描绘出导纳曲线，还可求得应力波在桩身混凝土中的波速、特征导纳、实测导纳计动刚度等动参数。据此，可判断是否有断桩、缩径、鼓肚、桩底沉渣太厚等缺陷，并可由动刚度估算单桩容许承载力。

（3）瞬态激振机械阻抗法。

用力棒等对桩顶施加一个冲击脉冲力，这个脉冲力包含了丰富的频率成分。通过力传感器和加速度传感器，记录力信号和加速度信号，然后把两种信号输入信号处理系统，进行快速傅立叶变换，把时域变成频域，信号合成后同样可得到桩的导纳曲线，从而判断桩的质量。

（4）水电效应法。

在桩顶安装一高约 1 m 的水泥圆筒，桶内充水，在水中安放电极和水听器。电极高压放电，瞬时释放大电流产生声学效应，给桩顶一冲击能量，由水听器接受桩土体系的响应信号，对信号进行频谱分析，根据频谱曲线所含的桩基质量信息，判断桩的质量和承载力。

3.超声脉冲检验法

该法是在检测混凝土缺陷技术的基础上发展起来的。其方法是在桩的混凝土灌注前沿桩的长度方向平行预埋若干检测用管道，作为超声发射和接收换能器的通道。检测时探头分别在两个管子中同步移动，沿不同深度逐点测出横截面上超声脉冲穿过混凝土时的各项参数，并按超声测缺原理分析每个断面上混凝土的质量。

4.射线法

该法是以放射性同位素辐射线在混凝土中的衰减、吸收、散射等现象为基础的一种方法。当射线穿过混凝土时，因混凝土质量不同或因存在缺陷，接收仪所记录的射线强弱发生变化，据此来判断桩的质量。

由于射线的穿透能力有限。一般用于单孔测量，采用散射法，以便了解孔壁附近混凝土的质量，扩大钻芯法检测的有效半径。

从以上所列的常用检测方法可见，桩基检测方法的研究和应用是一个十分活跃的领域。国家建设部、地矿部早在1995年12月就颁布了《基桩低应变动力检测规程》（JGJ/T93—95），1997年颁布了《基桩高应变动力检测规程》（JGJ/T106—97）。近年来，公路桥梁基桩检验多数地区实行普查，交通运输部于 2020 年 05 月发布了新版《公路工程基桩检测技术规程》（JTG/T 3512—2020），其基桩完整性检验的基本方法主要有低应变反射波法和超声波法等。

5.常用方法介绍

（1）低应变反射波法。

低应变反射波法源于应力波理论，基本原理是在桩顶进行竖向急振，弹性波沿着桩身向下传播，在桩身存在明显波阻抗界面（如桩底、断桩或严重离析等部位）或桩身截面积变化（如缩径或扩经）部位，将发生反射波。经接收、放大滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速、判断桩身完整性。反射波法是通过分析实测桩顶速度响应信号的特征来检测桩身的完整性，判定桩身缺陷位置及影响程度，判断桩端嵌固情况。反射波法适用于混凝土灌注桩和预制桩等刚性材料的桩身完整性检测。使用反射波法时，被检桩的桩端反射信号应能有效识别。反射波法检测系统由传感器、激振锤、一体化检测仪和打印机等组成，其中一体化检测仪由信号采集及处理仪和相应的分析软件等组成，如图5.1.7 所示。

图5.1.7　低应变反射波法检测系统现场测试示意图

假设桩中某处阻抗发生变化，当应力波从介质Ⅰ（阻抗为 Z1）进入介质Ⅱ（阻抗为 Z2）时，将产生速度反射波和速度透射波。令桩身质量完整性系数 β＝Z2/Z1，反射系数为 α，由下式则有

令ΔZ =Z 1-Z 2,Z=ρcA（ρ桩密度、c波速、A截面积）

若β=1，ΔZ=0时，α=0说明界面无阻抗差异，即没有反射波。(www.xing528.com)

若β＜1，ΔZ＞0时，α＞0说明界面阻抗变小，出现与入射波同向的反射波。

若β＞1，ΔZ＜0时，α＜0说明界面阻抗变大，出现与入射波反向的反射波。

图5.1.8为完整桩，已知桩长L，桩底一次反射时间为t，应力波在桩身中传播的纵波波速为c，则三者之间的关系为

该式即为判断桩长或波速的简单关系式。在实际测试分析中，c 和 L 其中一个量必须知晓。

图5.1.9为缺陷桩，桩体缺陷而导致的波事实上是在变截面介质中传播。图5.1.10给出了桩体出现离析、夹泥、缩径等形式的缺陷波的传播路径，图5.1.11给出了不同桩身阻抗变化情形下的桩顶速度响应的波形。缺陷的程度根据缺陷反射的幅值定性确定，缺陷位置根据反射波的时间tx由下式确定：

图5.1.8　完整桩

图5.1.9　缺陷桩

图5.1.10　离析、夹泥、缩径等形式的缺陷波的传播途径

图5.1.11　不同桩身阻抗变化情形下的桩顶速度响应的波形

① 低应变现场测试前准备工作。

a.选锤。

现场检测选择不同材质的锤头或锤垫，可激发出低频宽脉冲或高频窄脉冲（见表5.1.8）。

表5.1.8　激振锤激发效果一览表

注：1.安装方式：加速度计——高级橡皮泥；速度计——高级橡皮泥；检波器——钻孔全埋。
2.敲击对象：预制桩。

低频脉冲有利于检测桩深部缺陷、高频脉冲有利于检测桩浅部缺陷。当遇到大直径长桩时，应选择力棒等激发能量稍大一点的重锤（如桩长超过 20 m，桩直径大于 800 mm）。

当遇到小直径短桩时，应选择小铁锤或小扳手敲击，注意掌握力度。（如桩长小于 5 m，桩直径小于 300 mm）。

其他情况，采用尼龙锤可满足要求。

b.桩头处理。

桩头条件处理的好坏直接影响到测试信号的质量。桩顶表面应平整干净且无积水：应将敲击点和传感器安装点部位磨平，多次敲击信号一致性较差时，多与上述条件未达到有关。

当桩头与承台或垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，对测试信号会产生影响。因此，测试时桩头应与混凝土承台断开；当桩头侧面与垫层相连时，除非对测试信号没有影响，否则应断开。

c.耦合剂的选择。

较好的耦合剂有：石膏、蜡烛、黄油及其他固态油、凡士林等等。

② 确定混凝土波速c。

国内外大多数专家学者都认为，混凝土强度与波速之间无固定的相关关系，不同场地、不同配合比、不同龄期、采用不同厂家生产的水泥，其波速与混凝土强度的关系都不一样，但这并不意味着二者的关系完全不可知，事实上，有一点大家的观点相当一致，即同一场地，相同配合比的情况下波速越高，混凝土的弹性模量和强度也越大。

根据波动理论，混凝土的动弹性模量Ed可由下式得到：

式中 c——混凝土中弹性波纵波波速，km/s；

ρ——混凝土的密度（一般在 2 400 kg/m3左右）。

其中混凝土的静弹性模量Ec和动弹性模量Ed之间有良好的相关关系：

进而混凝土的立方体抗压强度σcu（MPa）可以用下式推算：

不同强度混凝土的波速范围及波速特征值如表5.1.9所示。

表5.1.9　不同强度混凝土的波速范围及波速特征值

但更具体可信的波速还是要根据不同地区的大量检测数据的结果统计来完成（在确定的桩长、确定的混凝土标号、明显的桩底反射等的条件下）。

另外，不同龄期，混凝土强度不一样，混凝土强度随时间的变化曲线因水泥特性不同而不同，速效水泥几天即可达到预期强度，普通水泥超过 14 天，强度可达到预期值的 80% 以上，只有满28天龄期其强度值才能完全达到要求，有下列关系式可供参考：

式中 n——施工后的天数；

[σ]——当天抗压强度；

[σ]28——预期强度。

此外需要注意的是，弹性波在材料中传播时具有一定的色散性，即波速随着振源频率的变化而变化。一般来说，频率越高，信号衰减越快，波速越高。频率越低，信号衰减越慢而波速也越低。对于冲击弹性波，由于波长相对较长，频率对波速的影响较小，一般可以忽略。但对于超声波而言，由于波长较短，接近骨料的尺寸，频率对波速的影响就很大。

③ 低应变反射波法的局限。

低应变反射波法是利用桩身阻抗变化产生波的反射原理来判断桩身质量。但实际情况除了桩身阻抗变化会影响信号曲线的因素以外，对基桩测试曲线进行分析时，要充分考虑到桩周土层对所采集波形曲线的影响。桩周土阻力对波形曲线的影响表现为：a.导致应力波迅速衰减，检测时有效测试深度减少；b.影响缺陷反射波的幅值，使缺陷分析时的误差加大；c.在软硬上层交界处及附近产生土阻力波，干扰桩身反射波，土阻力反射波与桩身缺陷反射波易混淆，从而造成误判。

低应变反射波法检测方便、成本低，能够反映的项目较多。但另一方面，测试结果受到的影响因素较多，人为因素较大。所以用此法对桩身缺陷程度只做定性判定，对桩身不同类型的缺陷，反射波测试信号中主要反映该处桩身阻抗减小的信息，缺陷性质较难区分，如混凝土灌注桩出现的缩径与局部松散、夹泥、空洞等，只凭测试信号就很难区分。应结合地质条件、施工情况，采取钻芯、声波透射等综合分析。尤其是当桩身上部出现较大幅度的扩缩径等引起桩身阻抗变化较大时，则下部缺陷会因能量叠加、衰减而无法准确判别；这时，可结合超声波法或抽芯法补充。

低应变能够检测的现象及低应变不能检测的现象如图5.1.12和图5.1.13所示。

图5.1.12　低应变能够检测的现象

图5.1.13　低应变不能检测的现象

（2）超声波法。

超声波检测法是在桩内预埋几根声测管作为检测通道，将超声脉冲发射换能器（又称发射探头）和超声脉冲接收换能器（又称接收探头）置于声测管中，管中需充满清水，作为耦合剂。由仪器中的脉冲发生器发生一系列周期性电脉冲，加在发射换能器的压电体上，转换成超声脉冲。该脉冲穿过待测的桩体混凝土，为接收换能器所接收，再转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过混凝土所需的时间、接收波幅值（或衰减值）、接收脉冲主频率、接收波波形和频谱等参数。然后由数据处理系统，按判断软件对接收信号的各种参数进行综合判断和分析，即可对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置做出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。此方法根据声测管埋置的不同情况，可分为双孔检测、单孔检测和桩外孔检测，其中双孔检测是桩基超声波检测的基本形式，其他两种方法在检测和结果分析上都比较困难，只能作为特殊情况下的补救措施。目前常用的超声波检测装置有两种，一种是由一般超声检测仪和发射及接收探头所组成检测装置；另一种是全自动智能化测桩专用的检测装置。

① 超声波透射法类型。

按照超声波换能器通道在桩体中的不同的布置方式，超声波透射法基桩检测主要有 3 种方法：

a.桩内单孔透射法。

在某些特殊情况下只有一个孔道可供检测使用，例如在钻孔取芯后，我们需进一步了解芯样周围混凝土质量，作为钻芯检测的补充手段，这时可采用单孔检测法，此时，换能器放置于一个孔中，换能器间用隔声材料隔离（或采用专用的一发双收换能器）。超声波从发射换能器出发经耦合水进入孔壁混凝土表层，并沿混凝土表层滑行一段距离后，再经耦合水分别到达两个接收换能器上，从而测出超声波沿孔壁混凝土传播时的各项声学参数。需要注意的是，运用这一检测方式时，必须运用信号分析技术，排除管中的影响干扰，当孔道中有钢质套管时，由于钢管影响超声波在孔壁混凝土中的绕行，故不能用此法。

b.桩外孔透射法。

当桩的上部结构已施工或桩内没有换能器通道时，可在桩外紧贴桩边的土层中钻一孔作为检测通道，检测时在桩顶面放置一发射功率较大的平面换能器，接收换能器从桩外孔中自上而下慢慢放下，超声波沿桩身混凝土向下传播，并穿过桩与孔之间的土层，通过孔中耦合水进入接收换能器，逐点测出透射超声波的声学参数，根据信号的变化情况大致判定桩身质量。由于超声波在土中衰减很快，且桩体外壁并不平整，使得这种方法的可测桩长十分有限，且只能判断夹层、断桩、缩径等。

c.桩内跨孔透射法。

此法是一种较成熟可靠的方法，是超声波透射法检测桩身质量的最主要形式，其方法是在桩内预埋两根或两根以上的声测管，在管中注满清水，把发射、接收换能器分别置于两管道中。检测时超声波由发射换能器出发穿透两管间混凝土后被接收换能器接收，实际有效检测范围为声波脉冲从发射换能器到接收换能器所扫过的面积。根据不同的情况，采用一种或多种测试方法，采集声学参数，根据波形的变化，来判定桩身混凝土强度，判断桩身混凝土质量，跨孔法检测根据两换能器相对高程的变化，又可分为平测、斜测、交叉斜测、扇形扫描测等方式，在检测时视实际需要灵活运用。

② 声测管的选择及布置。

为了使换能器能达到检测部位，需预先埋设若干检测通道，因此，在采用超声检测时，必须在灌注混凝土前预埋声测管，混凝土硬化后无法抽出，该管道即成为桩的一部分，也是声通道的一部分，它会影响接收信号的分析。而且它在桩的横截面上的布局，决定了检测的有效面积和探头提拉次数，所以声测管的预埋是影响检测方式和信号分析判断的基本问题。

a.声测管的选择。

当桩径小于 1 000 mm 时，应埋设 2 根管；当桩径大于或等于 1 000 mm 且小于或等于1 600 mm 时，应埋设 3 根管；当桩径大于 1 600 mm 且小于 2 500 mm 时，应埋设 4 根管；当桩径大于或等于 2 500 mm 时，应增加声测管的数量。

声测管应采用金属管，壁厚不应小于 2 mm，其内径应比换能器外经大不小于 15 mm，金属管宜采用螺纹连接或套管焊接等工艺，且不渗漏。

声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，均匀布置，且互相平行、定位准确，并埋设至桩底，管口宜高出混凝土顶高程 100 mm。

声测管管底应封闭，管口应加盖。管底、管口及各连接部位应密封。

b.声测管的布置方式。

在声波透射法检测中，超声波特征值与收、发声测管间连线两边窄带区域（声测剖面）的混凝土质量密切相关。当灌注桩的直径增大时，每组声测管间超声波的混凝土检测范围占桩截面积比例减小，不能反映桩身截面混凝土的整体质量状况，因此，声测管的数量及布置方法决定了桩身混凝土设计的检测面积和检测范围，对直径大的桩应增加声测管的数量，当直径大于 2 500 mm 时，建议埋设的声测管数量使得声测管理论中心距不大于 1 800 mm。

声测管的内径一般比换能器外径大，且不小于 15 mm，是为了便于换能器在管中上下移动。当对换能器加设定位器时，声测管内径可比换能器外径大 20 mm。

声测管布置的示意图如图 5.1.14 所示。

图5.1.14　声测管布置示意图

③ 检测结果的数据分析和判断。

基桩的超声波透射法检测需要分析和处理的主要声学参数是声速、波幅、主频，同时要注意对实测波形的观察和记录，如何在这些数据的基础上，对桩的完整性、连续性、强度等级等做出判断，是超声法检测的关键。根据《公路工程基桩检测技术规程》（JTG/T 3512—2020）的规定，目前，常用的桩身缺陷判断方法有两大类，第一类是数值判据法，即根据测试值经适当的数字处理后找出一个存在缺陷的临界值作为依据，这种方法能对大量测试数据做出明确的分析和判断，通常用于全面扫测时缺陷的初步判断；第二类是声场阴影区重叠法，这类方法通常用于数值判据法确定缺陷位置后的细测判断，以便详细划定缺陷的位置、大小和性质等，在桩身缺陷的超声检测中这两类方法必须联合使用，过分偏重任何一种方法都是不合理的。

a.概率法。

正常情况下，由随机误差引起的混凝土的质量波动是符合正态分布的，这可以从混凝土试件抗压强度的试验结果得到证实，由于混凝土质量（强度）与声学参数存在相关性，可大致认为正常混凝土的声学参数的波动也服从正态分布规律。混凝土构件在施工过程中，可能因外界环境恶劣及人为因素导致各种缺陷，这种缺陷由过失误差引起，缺陷处的混凝土质量将偏离正态分布，与其对应的声学参数也同样会偏离正态分布。所以，只要检测出声学参数的异常值，其对应的位置即为缺陷区。

b.PSD（Pile of Slope and Difference）判据法。

对于由声时、波幅衰减确定的异常区，结合PSD曲线进行综合分析，采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近明显变化时，应将其作为可疑缺陷区。PSD判据的物理意义为：声时-深度曲线相邻两点的斜率与相邻时差值的乘积，根据PSD值在某深度处的突变结合波幅变化情况，进行异常点判定，该判据对声时具有指数放大作用。因此，缺陷区PSD值较声时反应明显，而且运用PSD判据基本上消除了声测管不平行或混凝土不均匀等因素所造成的声时变化对缺陷判断的影响，但如果声时读数有错误，那么PSD会将错误数据进行放大，造成误判。

c.声阴影重叠法。

所谓声阴影重叠法，就是当超声脉冲束穿过桩体并遇到缺陷时，在缺陷背面的声强减弱，形成一个声辐射阴影区，在阴影区内，接收信号波高明显下降，同时声时增大，甚至波形出现畸变。若采用两个方向检测，分别划出阴影区，则两个阴影区边界线交叉重叠所围成的区域，即为缺陷的确切范围。其基本方法是：一个换能器固定不动，另一个换能器上下移动，找出声阴影的边界位置，然后交换测试，找出另一面的阴影边界。边界线的交叉范围内的重叠区，即为缺陷区。在混凝土中，由于各界面的漫反射及低频声波的绕射，使声场阴影的边界十分模糊。因此，需综合运用声时、波幅、频率等参数进行判断，在这些参数中波幅是对阴影区最敏感的参数，在综合判断时应赋予较大的“权数”。当需要确定局部缺陷在桩的横截面上的准确位置时，可用多测向叠加法，即根据几个测向的测量结果通过作图法进行叠加，交叉重叠区即为缺陷区。

④ 超声波法检测的局限。

与低应变法、钻芯法比较，超声波透射法具有其鲜明的特点：检测全面、细致；检测范围可覆盖全桩长的各个段截面，信息量相对丰富，结果准确可靠；且现场操作简便、迅速，不受桩长、长径比的限制等，但采用该方法需要提前埋设好测管，并封测管口以确保测管不会被堵塞；现场检测时，经常出现桩身上部因钢管锈蚀导致换能器接收的能量减弱的情况，可采用高压水枪等工具冲刷管壁后复测；有时也可能是由于管壁与混凝土没有密切接触，存在空隙(空气)，可在桩头多浇水泅湿、冲洗管壁，使空隙充满水，然后再复测。

此外，对于桩底存在薄弱沉渣或个别管堵塞等情况，限于换能器本身局限性及无法通过换能器等原因，无法准确检测，这时，可采用钻芯或低应变反射波法进行验证。另外，测管位置的偏移也会给测试带来很大的困难，因此，对测管的固定一定要注意。