一、声测管在桩基建设中的原理

声测管在桩基建设中的原理基于声波检测技术。

• 声波在桩基检测中的基本传播原理：声波检测技术是通过在桩体或岩体内发射声波并接收其反射波来获取相应信息的一种基础检测技术。通常使用的发射波是单频或脉冲波，其反射波经过滤波、增益放大等处理后数字化输出。超声波发射器沿特定方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，在介质（如空气、混凝土等）中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。根据计时器记录的时间以及声波在相应介质中的传播速度，就可以计算出发射点与障碍物之间的距离，这类似于雷达测距原理。在桩基检测中，当超声波在桩身混凝土中传播时，混凝土的不同特性（如密实度、是否存在缺陷等）会影响声波的传播速度、幅度、频率和波形等参数。例如，在正常的、密实的混凝土中，声波传播速度相对稳定；而当混凝土内部存在缺陷（如空洞、裂缝等）时，声波的传播路径会发生改变，传播速度可能会降低，并且在缺陷处声波会发生反射、折射和散射等现象，从而导致接收端接收到的声波信号的声速、声幅、频率和波形等特征发生变化。

• 声测管在声波检测中的角色原理：声测管是灌注桩进行超声检测法时探头进入桩身内部的通道，是灌注桩超声检测系统的重要组成部分。在检测时，超声发射和接收探头分别下进预先埋入桩身且充满水的不同钢管（即声测管）中。发射探头产生的超声波经过水耦合穿透桩身混凝土到达另一个钢管中的接收探头，接收探针将接收到的信息传输到仪器。水在这个过程中起到了良好的耦合剂的作用，使得声波能够有效地在探头和混凝土之间传播。通过对混凝土中接收到的超声波信号的综合分析，如声速、声幅、频率和波形等参考的特征，从而对桩身混凝土质量做出评价。声测管内部的传感器（声学传感器）能够捕捉到桩基内部的声波信号，这些传感器通常由麦克风、信号放大器、滤波器、AD转换器等组成，它们将接收到的声波信号转换为电信号，并通过数据采集终端（包括数据转换、储存、传输、显示等功能，如数据采集卡、模拟输入信号转换器、通信模块、界面软件等）传输到计算机或移动终端进行处理和分析。通过在桩基内部设置这些传感器，能够实时监测桩基在不同条件下的状态变化，从而反映出桩基材料的性质、结构以及可能存在的缺陷，进而帮助工程师们评估桩基的质量和安全性。

二、声测管在桩基建设中的要求

（一）材料与规格要求

• 材质要求：声测管应采用金属管，这是因为金属管具有较好的强度和稳定性，能够承受桩基施工过程中的各种应力和压力，同时也有利于声波的传播。例如在一些大型桥梁桩基工程中，金属材质的声测管能够保证在复杂的地质条件和高应力的施工环境下正常工作，为声波检测提供稳定的通道。

• 尺寸规格：声测管的内径不宜小于40mm，管壁厚不应小于3mm。不同的桩基深度对声测管的壁厚有不同要求，例如对于50 - 70m的桩基深度，声测管壁厚应≥1.2mm；70 - 90m的桩基深度，壁厚≥1.5mm；90 - 120m的桩基深度，壁厚≥1.8mm。合适的内径能够保证探头在管内顺利升降，进行全面的检测；而足够的壁厚则可以确保声测管在承受混凝土侧压力等外力时不会发生变形或损坏，影响检测结果。

（二）安装要求

• 安装深度与高度要求：灌注桩声测管埋设深度应在灌注桩的底部以上50mm - 150mm，声测管的上端应高于灌注桩顶面300mm - 500mm，同一根桩的声测管外露高度宜相同。这样的深度和高度要求是为了确保在整个桩基范围内都能够进行有效的声波检测，并且方便后续检测时探头的放置和操作。如果埋设深度过浅或上端高度不足，可能会导致部分桩身无法检测到，从而影响对桩基整体质量的评估。

• 与钢筋笼的连接要求：声测管可直接固定在钢筋笼内侧上，固定点的间距一般不超过2m。其中桥梁桩基底端和接头部位宜设固定点，对于无钢筋笼的部位，声测管可用钢筋支架固定。固定方式可采用焊接或绑扎，当采用焊接时，应避免烧穿声测管或在管内壁形成焊瘤，影响声测管的通直。在安装过程中，要保证管子之间基本上保持平行，若检测结果需对各测点混凝土的强度做出评估，则不平行度应控制在1‰以下。钢筋笼放入桩孔时应防止扭曲，管子一般随钢筋笼分段安装，每埋设一节均应向声测管内加注清水。这种连接要求能够确保声测管在桩基中的位置准确、稳定，防止在混凝土浇筑过程中声测管发生移位或变形，从而保证声波检测的准确性。

• 密封要求：声测管的底部应采用焊接盲盖或钢板来保证密封不漏浆，底部密封可以防止在灌注混凝土时水泥浆进入声测管，堵塞管体，影响声波的传播和探头的升降。声测管安装完毕后应将上口加盖或加塞封闭，以免浇灌混凝土时落入异物，致使孔道堵塞。在一些实际工程中，如果上口没有封闭好，异物进入声测管可能会卡住探头，导致检测无法顺利进行。

• 截断与处理要求：若声测管需截断，宜用切割机切断，切割后应对管口进行打磨消除内外毛刺，不宜以电焊烧断。因为电焊烧断可能会使管口变形，产生焊渣等凸出物，妨碍探头的自如移动，影响检测效果。

（三）施工过程中的保护要求

• 防止堵塞：在整个桩基施工过程中，要特别注意防止声测管堵塞。基桩施工单位必须高度重视和严格声测管埋设工作，要加强事前提醒和过程检查控制，确保声测管埋设一次合格，杜绝声测管堵塞现象。在灌注桥梁桩基声测管水下混凝土之前，应检查桥梁桩基内的水位，如管内的水不满，则应补充灌满。因为如果声测管堵塞，会导致探头无法正常在管内升降，无法获取完整的桩基内部声波信号，从而无法准确评估桩基质量。

• 避免损伤：焊接钢筋时，应避免焊液流溅到声测管体上或接头上，因为焊液可能会腐蚀声测管，或者在管体上形成凸起物，影响声测管的完整性和探头的移动。在钢筋笼放入桩孔时，要防止扭曲，以免造成声测管的变形或损坏。

三、桩基建设中声测管的作用机制

（一）提供检测通道

• 为探头提供进入桩身内部的途径：声测管作为灌注桩超声检测法时探头进入桩身内部的通道，是整个检测系统的重要组成部分。在灌注桩浇筑砼施工时，声测管预留了一个能够让超声波探头可以正常放到桩底的通道，这一通道不作为结构受力计算的考虑。如果没有声测管，探头将无法深入桩身内部进行检测，也就无法获取桩基内部的相关信息。例如在一些大型高层建筑的桩基工程中，桩身较长且深入地下，只有通过声测管，探头才能到达桩身各个部位进行检测。

• 保证检测的全面性和准确性：声测管在桩内的预埋方式及其在桩的横截面上的布置形式，直接影响检测结果。合理的声测管布置可以确保对整个桩身进行全面检测。例如，按照不同的桩径布置不同数量的声测管（桩径在0.6 - 1.0米之间的时候，和中心点三点一线布置两根；桩径在1.0 - 2.5米之间的时候，布置三根，呈等边三角形方式布置；桩径大于2.5米时，布置四根，呈正方形布置），可以使声波在桩身内部的传播路径覆盖更广泛的区域，从而提高检测的准确性和全面性。

（二）监测桩基状态

• 实时监测桩基内部状况：声测管通过在桩基内部设置传感器，能够实时监测桩基在不同条件下的状态变化。这些传感器可以捕捉到桩基内部的声波信号，从而反映出桩基材料的性质、结构以及可能存在的缺陷。例如，在桩基受到外部荷载（如建筑物上部结构传来的压力）或者由于土壤变化（如地基沉降）、温度变化等因素影响时，桩身内部的应力状态会发生改变，这种改变会通过声波信号的变化反映出来。通过对这些声波信号的分析和处理，工程师们可以了解桩基的内部状况，进而判断其质量和安全性。

• 及时发现潜在安全隐患：桩基在使用过程中会受到各种外部因素的影响，这些因素可能导致桩基发生微小的变形或损伤。声测管能够提供连续的、实时的监测数据，当桩身出现微小裂缝、空洞或者其他缺陷时，声波信号在传播过程中会出现异常（如声速降低、声幅减小、频率变化等），通过监测这些异常变化，可以及时发现潜在的安全隐患，从而采取相应的措施进行处理，确保桩基的安全性和稳定性。

（三）辅助评估桩基质量

• 评估桩基的完整性：通过分析声测管内探头接收到的声波信号的特征（如声速、声幅、频率和波形等），可以评估桩基的完整性。如果桩身内部存在缺陷（如裂缝、空洞等），声波在传播过程中会受到阻碍和干扰，导致这些特征参数发生变化。例如，当存在空洞时，声波会在空洞处发生反射和散射，使得接收端接收到的声幅减小；当存在裂缝时，声波传播路径改变，声速可能会降低。根据这些参数的变化情况，可以判断桩身是否完整以及缺陷的大致位置和严重程度。

• 评估桩基的承载能力：声测管可以测量桩侧土壤的摩阻力，用于评估桩基的稳定性和抗侧推力能力。通过分析声波信号的传播和反射情况，可以获得桩侧土壤与桩体的摩阻力。同时，声测管还可以通过测量土壤或岩石的声波特性参数，来评估桩基的承载力。通过分析声波信号的传播和反射情况，可以获得桩基与土壤或岩石的相互作用情况，进而评估桩基的承载能力。这些信息对于判断桩基是否能够承受建筑物的荷载至关重要。

四、桩基建设使用声测管的规范

（一）声测管的数量规范

• 根据桩基总数确定：按照设计要求确定声测管的数量，通常情况下，声测管的数量应不少于桩基总数的50%。这是为了保证在大规模的桩基工程中，有足够数量的桩基能够进行声波检测，从而对整个工程的桩基质量有一个较为全面的评估。

• 考虑桩基直径：对于直径大于或等于800mm的大直径桩基，声测管的数量应适当增加。因为大直径桩基内部结构更为复杂，增加声测管数量可以更全面地检测桩身各个部位的质量情况。例如，在一些大型桥梁的主墩桩基工程中，由于桩基直径较大，往往需要布置更多的声测管来确保检测的准确性。同时，根据不同的桩基直径，对桩基声测管布置要求数量要根据实际情况进行实时的调整，大致0.8米以下直径每桩布置不少于2支，0.8米 - 1.6米桩径每桩布置不少于3支，1.6米至2.5米桩径每桩布置不少于4支，2.5米以上桩径视情况进行增加布置，并且不论用多少支都要注意中心点必须与桩身同心，且管口宜高出桩顶面300mm以上。

• 考虑地质条件和施工环境：对于地质条件复杂（如存在软土地层、溶洞等不良地质情况）或施工环境恶劣（如地下水位高、存在腐蚀性介质等）的地区，声测管的数量也应适当增加，以保证检测结果的可靠性。在复杂地质条件下，桩基更容易出现各种质量问题，增加声测管数量可以提高检测的覆盖率，及时发现潜在的质量隐患。

（二）声测管的布置规范

• 等距离布置原则：声测管应等距离布置在桩基周围。这样可以保证声波在桩身内部传播时的路径相对均匀，避免因声测管布置不均匀导致检测结果出现偏差。例如在圆形桩基中，均匀分布的声测管可以使声波在各个方向上的传播和反射情况都能被有效检测到，从而更准确地反映桩身的整体质量。

• 不同形状桩基的布置要求：对于矩形、方形、圆形等不同形状的桩基，声测管的布置应有所不同。如在圆形桩基中，声测管的布置需要围绕圆心等距离分布；对于矩形和方形桩基，则需要根据边长和几何中心来合理布置声测管，以确保对整个桩身的检测效果。对于大直径桩基，声测管的间距应适当减小，以保证能够准确地检测整个桩基。因为大直径桩基内部区域较大，如果声测管间距过大，可能会存在部分区域检测不到或者检测不准确的情况。

• 考虑施工工艺和检测方法的要求：不同的施工工艺和检测方法对声测管的布置有不同的要求。例如，在采用某些特殊的混凝土灌注工艺时，可能需要根据混凝土的流动方向和灌注顺序来调整声测管的布置，以确保在灌注过程中声测管不会受到损坏并且能够准确地检测到桩身各个部位的质量情况。在选择检测方法（如超声波透射法、低应变反射波法等）时，也需要根据检测方法的特点来合理布置声测管，以满足检测要求。

（三）声测仪器与参数规范

• 声测仪器的选择要求：声测仪器的选择一般以信号源、检测范围和检测灵敏度为主要指标。信号源包括扬声器和麦克风，检测范围是指能够检测的声音频率范围，检测灵敏度指的是在不同频率下的声音强度。除此之外，还有一些其他指标如信噪比和时域分辨率等。合适的声测仪器能够准确地采集和分析声测管内的声波信号，为桩基质量评估提供可靠的数据支持。例如，在一些对检测精度要求较高的工程中，需要选择具有高灵敏度和宽检测范围的声测仪器，以确保能够检测到微弱的声波信号变化并准确判断桩基的质量状况。

• 声测参数的选定要求：声测参数的选定是桩基声测的关键，也是检测规范的核心内容。根据施工要求，选定合适的声测参数，是保证桩基声测结果准确、可靠的前提。一般来说，声测参数包括声压级、声速、周期、频率、波形等。声压级是桩基声测中最常用的参数，声压级的大小直接影响桩基的工作效果，通常情况下，声压级越高，桩基的工作效果越好。声速是桩基声测中另一个重要参数，声速的大小直接影响桩基的工作效果，通常情况下，声速越快，桩基的工作效果越好。周期和频率是桩基声测中的两个重要参数，它们共同决定了声波的特性，通常情况下，周期越长、频率越高，声波的传播效果越好。通过对这些声测参数的准确测量和分析，可以全面评估桩基的质量状况，如桩身混凝土的密实度、强度以及是否存在缺陷等。

五、声测管于桩基建设的原理和要求实例

（一）某桥梁桩基建设中的声测管应用实例

• 工程概况：某大型跨海大桥的桩基工程，桩径较大（部分桩径达到3米以上），桩基深度较深（最深达100米左右），地质条件复杂，海底存在软土层、岩石层交错的情况，并且海水具有一定的腐蚀性。

• 声测管原理应用

• 声波检测原理的体现：在该工程中，利用声测管进行桩基检测时，超声发射和接收探头分别下进预先埋入桩身且充满水的声测管中。由于桩径较大且深度较深，声波在桩身混凝土中的传播路径较长。当混凝土内部存在缺陷（如在软土层与岩石层交接处可能由于应力变化产生的微小裂缝）时，声波的传播速度会发生变化，并且在缺陷处声波会发生反射和散射，导致接收探头接收到的声波信号的声速、声幅、频率和波形等特征发生改变。通过测量这些参数的变化，就可以确定桩身内部缺陷的位置和严重程度。例如，在检测过程中发现某一深度处声速明显降低，经过分析判断可能是由于该深度处混凝土受到不均匀应力作用产生了裂缝。

• 传感器的作用：声测管内部设置的传感器能够实时捕捉到这些声波信号的变化。这些传感器具有高精度的特点，能够准确地将声波信号转换为电信号。例如，传感器中的麦克风能够接收微弱的声波振动，并通过信号放大器将信号放大，然后经过滤波器去除噪声干扰，最后通过AD转换器将模拟信号转换为数字信号，传输到数据采集终端进行处理和分析。

• 声测管要求的体现

• 安装深度与高度：声测管的埋设深度在灌注桩底部以上100mm左右，上端高于灌注桩顶面500mm，同一根桩

• 材料与规格要求：考虑到桩径大、深度深以及海水腐蚀性等因素，声测管采用了壁厚较大（3.5mm）的金属管，以确保能够承受较大的侧压力和海水腐蚀。其内径为50mm，满足探头在管内顺利升降的要求。

• 安装要求