桩基声波透射法检测信号处理问题探索
【摘要】桩基施工是现代建筑施工必不可少的内容，同时因为其构成了现代建筑的基础主体，所以自身的质量对建筑整体的质量有巨大的影响。因此对其质量的检测问题一直是建筑领域关注的重点问题，本文结合声波透射法检测的原理，介绍了判断混凝土质量的声学参数和影响声波透射法监测基桩质量的因素，针对钻孔灌注桩施工中容易产生的各种缺陷，具体阐述了三种判断桩身有无缺陷的方法，以期为桩基声波透射法检测信号处理水平的提升提供支持和借鉴。
【关键词】桩基；声波透射法；信号处理
前 言：
桩基工程与普通的建筑工程不同，具有隐蔽性强、施工工序多、技术要求高、施工难度大等特点，同时在具体的施工过程中地质条件、施工机械等不确定因素对其影响较大，所以相应的质量检测工作一直存在较大困难，声波检测是当前主流的桩基检测方法，对桩基声波透射法检测信号处理问题的研究具有鲜明的现实意义。
1、声波透射法检测原理
标准的混凝土结构是由多种材料混合而成的多相非匀质体，声波在其中的传播速度会保持在一定范围内，但是当声波在混凝土中的传播遭遇到断裂、裂缝、密实度差等质量问题的时候，声波的传播速度就会因为传播介质的改变而变慢，在波形上表现出波幅减小、波形畸变的现象，所以利用超声波在混凝土中传播的这些声学特质可以实现对混凝土桩身缺陷和质量的判断[1]。
在具体的检测活动中，声波透射法对混凝土桩基质量的检测主要是通过预设的声测管实现的，声侧管应焊接或者捆扎在钢筋笼内侧埋设到桩底，身侧管的埋设数量应该根据桩径来确定。用声波透射的方法来检测桩基混凝土质量时，应该在桩身中预埋声测管，通常情况下要预埋2-4个，然后把超声波发射、接收探头分别置于二个导管内，用来接收和发射声波。以达到声波在桩身混凝土中传播的目的。然后，通过波幅A、频率f，以及检测出的传播时间T，就可以求得相应数据，判断桩基结构的完整性。
2判断混凝土质量的声学参数
2.1声速
声速是声波透射法检测混凝土质量的重要声学参数，其在检测中的主要特点是测量数值比较稳定，因为受环境因素的干扰比较小，所以在同一根桩基的不同刨面和相同混凝土比例浇筑的不同桩基检测中可以进行数值比较，是声波透射法检测混凝土质量的主要参数，但是其对混凝土桩基中存在缺陷的敏感度不高，基于声速无法明确判断桩基内部是否有缺陷。
2.2接收波波幅
接收波波幅是声波透射法检测混凝土质量的主要缺陷监测手段，具体而言是指声波检测过程中接收波的首波波幅，在信号强度一定排除环境影响因素的前提下，接收波波幅值的大小直接反应检测声波在混凝土桩基中的传播衰减情况。声波对均匀介质中的杂质很敏感，在混凝土桩基的检测过程中声波的传播一旦遇到断裂、裂缝、密实度差等缺陷，其波幅就会出现大幅度的改变，是判断混凝土桩基内缺陷的主要参数。但是在实际的混凝土桩基声波检测活动中，波幅对混凝土的检测受检测仪器性能、测量距离、测量系统耦合度等多方面因素的影响，其检测结果只能作为同等环境因素下的纵向对比性，而不具备不同桩基之间、相同桩基不同刨面之间的横向对比性[2]。
3、检测数据判断
在现代桩基灌注过程中，因为施工工艺、施工设备，以及温度、地质条件等环境因素的影响，混凝土桩基主要会产生以下几种缺陷：蜂窝、孔洞、扩径、缩颈、离析、砂砾、夹层、泥砂夹层。根据混凝土桩基可能存在的这些问题，声波检测法主要有三种检测信号处理方法。
3.1数值判断法
数值判断法是在数理统计学基础上形成的桩基声波透射法检测信号处理方法，其对检测信号的处理是建立在声测管两两平行且距离相等的基础上的，声测管两两平行且距离相等能够保证在测量过程中，测量模型保持较为理想的几何形状，在其基础上通过验算可以得出声平均值与声时2倍标准差之和是判定桩身有无缺陷的临界值。这种测量方法在前文所述的理想状态下是最为简单的桩身缺陷判断方法，但是由于桩基施工的实际情况较为复杂，声测管的平行和距离相等难以保证，其测量环境很难接近理想状态，所以测量结果与实际情况之间往往存在较大误差不能作为唯一判定结果使用。
3.2PSD判据法
PSD（Product of Slope and Difference）是根据声时――深度曲线相邻测点的斜率与相邻两点声时的成绩来判断混凝土桩基质量的技术手段，这种判断方法因为综合了声时和深度曲线，以及相邻两个测点之间的数值差值，所以对混凝土桩基中的缺陷十分敏感，因为在测量过程中混凝土桩基会被均匀的分成若干份，每一份的起点和终止点都会设置测量点，在均质混凝土桩基中这两个测点之间的差值应该是一个固定值，但是一旦两点之间存在有缺陷起点和终止点之间的差值就会出现变化，可以判断出混凝土桩基中是否存在有缺陷。同时由于对混凝土桩基进行均匀的分段监测，所以可以确定出现差值异常的段位就是缺陷存在的段位，可以对缺陷所在的位置进行定位，当遇低强且均匀的混凝土或相邻测点均在缺陷区时，由于声时值的变化也不大，在声时―深度曲线上反映不出缺陷，易漏判，需用波幅衰减、声速、波形畸变来综合判定[3]。
3.3波幅判断法
声波本身是一种能量波动，其能量值主要体现在波幅上，在均匀混凝土桩基中的传播因为传播的距离较短所以其波幅并不会出现较大的变化，如果混凝土桩基中存在有缺陷，缺陷区会因为与周围介质的不同而形成波幅能量的吸收结构。其客观表现是经过缺陷区的波幅会出现不同程度的衰减，所以在《基桩低应变动力监测规程》中规定可以采用接收信号首波能量平均值的一半作为判断缺陷临界值的标准，但是因为桩基施工过程中的环境影响因素比较多，各方面因素综合影响下，波幅能量很容易散失，所以在实际检测中这判断标准并不是十分的准确，很多工程实际也检测到能量衰减一半的数值，但是混凝土桩基并无缺陷，所以这一判断手段应该谨慎使用[4]。
综合以上方法的局限性，本文选择一种更可靠的方法。首先将波幅的异常程度和波幅与波幅临界值相对偏差量统一比较，同时对照桩基的PSD曲线，目的是使波幅来判定桩身缺陷程度有同样的标准，最后用数值判断加以对比校正。进而降低声波透射法测桩时对桩身缺陷程度判定的不确定性。波幅异常情况可依据表 1 进行判定。
结 论
声波透射法检测是当前最为有效的桩基质量检测方法，能够有效的解决桩基施工隐蔽性强、施工工序多、技术要求高、施工难度大等特点带来的问题，因此对其信号处理问题的研究具有鲜明的现实意义，本文从声波透射法检测原理、判断混凝土质量的声学参数、检测数据判断三个方面对这一问题进行了简要分析，认为桩基声波透射法检测信号处理问题应该根据实际情况采用多种判断方法，参考多种主要参数来解决。