超聲波法檢測基樁完整性在不同規范中的應用

中圖分類號： U416.1+2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）23-0149-05

Abstract：Thispapercomparesthespecificationsforpileintegritytestinginthefieldsofhighway，watertransport，and construction.Themaindiferencesbetweenhighwayandtheothertwofieldslieinthecriteriaforjudgment.Inhighway engineering，theciticalvelocitycalculationforwavespeeemploystheindependentcross-sectionmethod，whileincostruction andwatertransport，theaveragecross-setionmethodisused.Thisstudyconductsacomparativeanalysisofthethreefields basednthreeimportantacousticparametersandvalidatesthefindingsthroughengineringcasestudies.Theresultsareofgreat significance for guiding ultrasonic integrity testing ofpiles

Keywords： ultrasonic method; pile integrity testing; acoustic parameter; specifications; wave velocity

超聲波基樁檢測技術通過發射高頻聲波穿透樁體，依據聲波傳播速度、波幅衰減及波形畸變等參數，反演混凝土內部缺陷（如蜂窩、離析或斷樁）的位置與性質。該方法因無損、高效的特點，在橋梁大直徑深長樁與房建基樁的完整性檢測中廣泛應用。研究表明，橋梁基樁因承受動荷載需強化樁身質量監控，而房建基樁則更關注承載力均勻性，兩者均依賴聲波參數定量分析確保工程安全。

我國在超聲波基樁檢測領域已形成以聲波透射法為主的技術體系。劉智學系統總結了聲波透射法的應用流程，指出該方法通過預埋聲測管實現跨孔檢測，結合波速、PSD判據等參數分析，可有效判定基樁質量等級，尤其適用于大直徑、深長樁的完整性檢測。例如，某房建工程采用聲波透射法檢測出樁底 25cm 沉渣，并通過鉆芯法驗證，凸顯其可靠性。針對傳統判據易漏判、誤判的缺陷，國內學者提出了創新性改進：黃鵬等基于多因素綜合概率分析（NFP）法，以波速、波幅和主頻為參數構建定量判別模型，應用于800余根工程樁檢測，結果顯示其與鉆芯法結果的一致性高達 98.9% 。此外，斜測與扇形掃描技術的應用有效解決了聲測管平行度誤差導致的檢測盲區問題。

超聲波基樁檢測在公路、水運、房建都得到了廣泛的應用，相應的3個行業都推出相對應的標準，但是由于各個行業的特點，基于超聲波聲學參數對基樁完整性的判定不盡相同，本文通過對3本規范的超聲波檢測的分析進行梳理，提出自己一系列見解。

1聲學參數對超聲波檢測的判定

1.1 波形

波形畸變是判斷基樁完整性的重要依據。正常波形為規則正弦曲線，若樁身存在裂縫、離析等缺陷，聲波傳播路徑受阻，導致波形出現斷裂、相位反轉或幅值驟降。例如，蜂窩缺陷會引起多次反射形成疊加波形，而沉渣則使高頻成分丟失。通過分析畸變特征（如不對稱性、周期性破壞），可定位缺陷位置并評估其嚴重程度，但需結合波速、波幅及聲測管耦合狀態排除干擾，確保判定準確性[3-]。

在現行的公路基樁檢測技術規范JTG/T3512—2020《公路工程基樁檢測技術規程》、JTS240—2020《水運工程基樁試驗檢測技術規范》JGJ106—2014《建筑基樁檢測技術規范》對基樁完整性的判定對于波形的描述主要是基于波形正常、波形輕微畸變、波形存在明顯畸變和波形嚴重畸變這4個方面進行描述，并作為基樁完整性判定的重要參考因素之一。在實際基樁檢測過程中，波形嚴重的變化，往往是判定基樁完整性最直觀的參數之一，但是對于波形這4種分類的具體描述，公路以及水運相關的規范并沒有一個具體的指導意見，但是JGJ106—2014《建筑基樁檢測技術規范》給出了參考波形，如圖1所示。

圖1波形畸變程度示意圖

房建的規范對于波形的描述具有一定的指導意義，通過圖1中4種波形示范性的例子，為波形檢測提供了良好的借鑒。

1.2波速

超聲波基樁檢測中，混凝土缺陷（裂縫、離析、蜂窩和沉渣）與骨料不均勻性直接影響聲速：裂縫迫使聲波繞行或散射，波速降低 10%～30% ;離析、蜂窩因材料疏松導致密度下降，聲速顯著降低（如蜂窩區可降至 2000～3000m/s ；沉渣因聲阻抗差異引發反射增強，透射能量減少，波速異常偏低；骨料聚集區密度高使波速略增（達 4500m/s ），砂漿富集區密度低致波速降低（約 3800m/s ，大粒徑骨料引發繞射或折射，導致局部波速波動，骨料與砂漿界面微裂縫亦降低整體波速。波速的變化對于基樁的完整性具有一定的指導意義[4-8]。

在公路、水運、房建的規范中，對于波速臨界值的計算都是統一的，在計算剖面聲速臨界值時，采用“雙邊剔除法”的主要目的是消除多種復雜因素對聲速測量結果的影響。這些因素包括混凝土硬化條件的復雜性、骨料分布的不均勻性、樁身可能存在的缺陷及聲測管耦合狀態的不穩定性等。通過剔除異常的高值和低值數據，能夠更準確地確定聲速的臨界值，從而更真實地反映混凝土的實際質量狀況。這種方法在工程實際應用中能夠有效避免因局部異常導致的聲速臨界值偏離真實情況，從而提高檢測結果的可靠性。其中，混凝土離析導致的局部粗骨料聚集、首波判讀誤差及聲波沿環向鋼筋繞射等現象可能使測值異常偏高；而樁身缺陷、耦合不良或測距變異性則易導致測值異常偏低。若未對雙側偏離正態分布的數據進行同步剔除，剩余數據的非對稱性將顯著增強，進而影響聲速均值 v_m 與標準差 s 的統計可靠性，最終導致正態分布特征參數的推定誤差擴大。計算公式如下

通過根據 C_v 變異系數的區間來確定剖面各測點聲速異常判斷概率統計值 v_0c

當 v_L0p 時， v_c=v₀ ，樁身混凝土聲速的低限值 v_L 和平均值 v_p 根據預留同條件混凝土試件或鉆孔取芯法獲取的芯樣試件的抗壓強度與聲速對比試驗，結合本地區經驗確定， v₀ 為聲速臨界值。

在公路規范中，對于各個剖面的臨界值分別獨立計算并單獨判斷，在房建及水運規范中，采用的是通過各個斷面算出獨立的聲速臨界值然后取平均作為整個基樁各個斷面的聲速臨界值進行判斷，公路、水運、房建的規范聲速對比，見表1。

JTG/T3512—2020《公路工程基樁檢測技術規程》采用獨立斷面判斷，而JGJ106—2014《建筑基樁檢測技術規范》JTS240—2020《水運工程基樁試驗檢測技術規范》采用全斷面平均值法，主要基于下幾點考慮：

1）公路工程基樁的直徑較水運及房建基樁樁徑較大，樁長也較長，公路工程采用獨立斷面判斷主要考慮混凝土澆筑的不均勻性，對于大直徑基樁，即使在同一根基樁中，不同斷面的混凝土可能因澆筑工藝、振搗密實度、骨料分布等因素導致聲速存在自然波動。若采用全局臨界值，可能掩蓋局部缺陷（如離析、蜂窩），采取獨立斷面判斷適應局部材料與施工差異，提升檢測精度，同時保障數據統計的獨立性，避免全局平均掩蓋缺陷。滿足規范對精細化檢測的要求，確保工程安全與經濟性平衡。

2）在JGJ106—2014《建筑基樁檢測技術規范》中，通過全斷面聲速數據的整體平均，可以有效平滑局部施工偶然因素（如短暫振搗不均、局部骨料分布波動）導致的聲速異常，避免因個別斷面的偶然波動引發誤判。房建基樁通常設計為均勻受力結構，規范假設樁身材料在整體上具備一致性。全斷面平均值法更注重基樁的整體性能，而非局部微小差異，符合房建基樁“整體安全優先\"的設計理念。

表1公路、水運、房建的規范聲速對比表

1.3波幅

在采用聲波透射法對混凝土灌注樁質量進行檢測時，聲速和波幅是2個至關重要的參數。其中，波幅對于混凝土內部缺陷的反應往往比聲速更為敏感。然而，波幅本身是一個相對量，其數值易受多種外部因素的影響。因此，在實際檢測過程中，必須嚴格保持聲波發射電壓和儀器參數的恒定。這種參數的一致性能夠有效減少外部因素對檢測結果的干擾，從而確保同一根樁不同位置檢測數據的可比性，進而提高檢測結果的準確性和可靠性[8-10]

式中： A_pi（j） 為第 j 檢測剖面第 i 聲測線的首波幅值，dB; a_i（j） 為第 j 檢測剖面第 i 聲測線信號首波幅值， V;a₀ 為零分貝信號幅值， ΔV 。

對于公路、水運、房建基樁的規范，波幅的臨界值都是采用獨立斷面判斷，且波幅臨界值計算公式都一致，只是公式表述方式不同，但是，對于公路基樁的規范，并沒有詳細說明波幅平均值的計算方法，水運、房建規范通過建立測線信號首波幅值與零分貝信號負值的對數關系來計算。

1.4主頻

主頻在公路、水運、房建基樁中用于評估基樁的完整性，通過聲波透射法檢測聲波在樁身混凝土中的傳播特性。主頻值的變化可以反映混凝土質量的優劣，當主頻值在深度曲線上明顯降低時，可以判定為異常，主頻對于基樁完整性的判斷主要起到輔助作用，計算公式如下

式中： 為第 j 檢測剖面第 i 聲測線信號主頻值， kHz T_i（j） 為第 j 檢測剖面第 i 聲測線信號周期， μs 。

公路規范里并沒有將主頻作為輔助判斷基樁完整性，房建及水運對于主頻作為輔助判斷的計算公式完全一致，當主頻低于臨界值判定為異常聲測線，主頻主要做一個輔助判斷。

2 工程實例

某行車引橋項目一共6根基樁，基樁樁徑 1300mm 樁長 15.89m ，筆者采用房建、公路、水運的檢測規范對該基樁進行超聲波完整性檢測，如圖2、圖3所示，發現 9.09～9.59m 處， C-A，B-C 兩個面波幅及波速低于臨界值，PSD值出現異常， 3.89m 處PSD曲線異常為首波自動拾取錯誤，手動拾取后正常。通過現場鉆芯驗證，如圖4所示，在 9.09～9.59m 處臨近C聲測管附近，在澆筑混凝土過程中出現了小范圍的跨孔。

通過將基樁完整性數據采用3種規范進行對比分析可知：公路、水運、房建規范對于這種明顯混凝土缺陷都具有良好的敏感度，都能夠判斷出這種明顯的缺陷，雖然對于波速的臨界值有2種判斷法，但是并不影響對于明顯缺陷的判斷。

圖2基樁波列圖

圖3基樁斷面聲速-波幅-PSD曲線

3 總結及建議

通過對波速的臨界值采用公路與房建規范進行對比，只有在混凝土骨料不均勻性差異較大的時候才有一定差距，對于小直徑基樁聲速臨界值差別并不大。

通過結合工程實例及對公路、水運、房建關于基樁超聲波檢測規范的對比分析可以得出以下結論：

1）3個專業對于聲學參數的判定區別主要在于波速臨界值的計算，公路采用波幅臨界值獨立斷面判斷，房建跟水運規范采用全斷面平均值法進行判斷，這2種差別主要在于公路基樁相對于樁徑較大，樁長也較長，對于公路來說基樁獨立承擔的荷載相對于水運及房建基樁要大得多，采用獨立斷面進行判斷有利于提高基樁完整性的檢測精度，公路對于完整性的檢測較房建、水運來說更精細。

圖4基樁現場鉆芯驗證圖

2）對于波速臨界值的計算，3個專業基本類似，波幅是一個相對量，往往結合波形一起來判斷，房建的規范詳細舉例了波形正常、輕微、明顯和嚴重4種情況，對檢測過程中的波形解釋具有良好的指導意義。

3）對于主頻的輔助判斷，公路沒有提到采用該聲學參數輔助判斷，房建及水運規范提到可以作為一個輔助進行判斷，根據筆者多年的基樁檢測經驗來看，主頻的有效性遠遠低于其余的聲學參數，公路沒有提到用主頻輔助判斷具有一定的合理性。

4）公路的波幅并沒有詳細說明波幅平均值的計算方法，往往借鑒的是水運及房建規范的計算公式，建議在規范中進行補充。

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