桩基础的施工质量较难控制,易出现缩颈、夹泥、蜂窝、沉渣甚至断桩等缺陷,其质量检测成为工程质量控制中至关重要的一环。目前基桩完整性检测的主要方法无法对缺陷的形状大小和位置进行准确定量分析,从而无法对非规则缺陷的基桩进行评估。而声波透射法三维层析成像技术能够重构基桩内部的声学参数分布情况,进而直观展示出基桩的内部结构图像,为下一步桩基础承载力评估提供精确的数据。针对这一课题,本文从超声波层析成像技术分析比较、基桩声波透射法层析成像技术测线布置与分析、基桩声波透射法三维层析成像的空间插值和混凝土灌注桩声波透射法三维层析成像技术试验这四个方面进行了深入分析研究,主要研究成果如下:（1）详细阐述了层析成像的数学理论基础,总结了混凝土层析成像方程的建立过程及其特点,介绍了混凝土层析成像的相关理论方法及其优劣势,为进一步研究打下了理论基础。（2）声测管倾斜带来的测量误差会使得层析成像结果的分辨率和稳定性受到严重影响,为此本文提出一发三收式基桩声波透射检测技术,使得桩身超声波波速不再由超声波发射端和接收端距离得出。通过二维和三维数值模型的试验,证明了该技术能够解决声测管倾斜、偏位时造成的声速测试误差。（3）分析了克里金插值法应用于桩身横截面波速分布空间插值的不足,提出了一种针对基桩缺陷成像空间插值的区域化搜索克里金插值法,该方法改进了临近点搜索方式,简化了拟合变异函数的过程,从而提高克里金插值法的预测精度。数值模拟结果表明,该方法对缺陷区域波速的预测精确相比于传统方法提高20%以上,同时能够准确识别出缺陷位置和大小。（4）设计了预埋缺陷的混凝土灌注桩的原型试验,试验结果表明本文提出的区域化搜索克里金插值法相比传统方法,能够完整反映出缺陷的大小和位置,对于基桩质量评估起到较大作用。