超聲波透射法檢測樁身完整性分析探討

【摘 要】超聲波透射法是樁基完整性檢測方法中的重要手段，本文結合工程檢測實例對聲波透射法進行分析探討，并作出了一些總結。

【關鍵詞】超聲波透射法；樁身完整性；缺陷；聲學參數

1 引言

混凝土灌注樁是建筑工程樁基礎的主要形式，由于其成樁質量受地質條件、成樁工藝、機械設備等因素的影響，較易產生夾泥、混凝土離析及樁頂混凝土密實度較差等質量缺陷，影響樁身剛度，危及主體結構的正常使用與安全，尤其混凝土灌注樁是隱蔽工程，因此加強對樁基礎質量控制，對樁基進行完整性檢測是十分必要的。

超聲波透射法是樁基完整性檢測方法中的主要手段之一，因其檢測范圍全面、檢測結果準確可靠，不受樁長、樁徑限制等特點，已在混凝土灌注樁完整性檢測中廣泛應用。本文結合非金屬聲波儀在工程檢測過程中的應用，對聲波透射波檢測樁身缺陷，進行了一些分析探討。

2 基本原理

首先在被測樁內預埋兩根或兩根以上豎向相互平行的聲測管作為檢測通道，管內注滿清水作為耦合劑，將超聲脈沖激勵發射換能器與接收換能器置于聲測管中，由激勵發射換能器產生超聲波脈沖，穿過樁體混凝土，并經接收換能器，由儀器接收并顯示接收的超聲波波形，判讀出超聲波穿過混凝土后的首波聲時、波幅以及接收主頻等聲學參數，當砼內存在不連續或破損界面時如松散、蜂窩、孔洞、夾層時，將使波產生散射、反射、透射及繞射。根據波的初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，經過處理分析就能判別測區內砼的參考強度和內部存在缺陷的性質、大小及空間位置 [3]。聲時、波幅及主頻等測試數據處理由超聲波透射法分析軟件完成。

3 檢測實例分析

此次采用非金屬聲波儀對泉州地區某段高架橋的樁基質量進行檢測，評價樁身完整性。例舉兩例簡單說明測試數據的分析及樁身缺陷判定。

3.1 樁1為端承灌注樁，設計樁長12.30 m，樁徑1.2m，砼強度等級C30，實測聲速、聲幅和PSD曲線圖見圖1，三個剖面聲學參數均無異常，聲速大于聲速臨界值，樁身完整判為Ⅰ類樁。

3.2 樁2為端承灌注樁，設計樁長9.30 m，樁徑1.2m，砼強度等級C30，實測聲速、聲幅和PSD曲線圖見圖2，AB剖面波幅在9.10-9.30m明顯降低，波幅比平均幅度下降20dB，AC、BC兩個剖面聲學參數在9.10-9.30m處同時出現異常，異常范圍的聲速比聲速臨界值低，聲速比平均聲速下降57%，波幅比平均幅度下降19dB，PSD值明顯突變。樁身完整判為Ⅳ類樁。經鉆芯查驗，9.09-9.49m為樁底沉渣成分為中粗砂。

4 超聲波檢測中的幾點體會

4.1 幾種聲學參數的比較

聲速、波幅和主頻是反映樁身質量的聲學參數測量值。

聲速：聲速的測試值比較穩定，變化規律性較強，在同一根樁的不同剖面以及同一工程不同樁之間可以相互比較，是判定混凝土質量的主要參數，但聲速對缺陷的敏感度不及波幅。

波幅：在發射強度一定的條件下，波幅的大小直接反映了超聲波在混凝土中傳播衰減情況，波幅對缺陷很敏感，是判定混凝土質量的另一主要參數。但波幅受儀器設備性能、耦合劑、測距變化等諸多因素影響。

主頻：主頻漂移程度反映了聲波在樁身混凝土中傳播時的衰減程度，主頻值變化，體現混凝土質量優劣。

斜率法的PSD值：是判定樁類別的一個重要指標，它表示聲時變化的平方與距離之比，PSD是一個非常敏感的指標，任何缺陷的變化，都會使PSD發生大的變化，使用PSD時可以克服由于管斜而造成聲速無法使用的情況。

實測聲波波形：觀察整個波形態的變化，衰減情況，也是對混凝土質量綜合判定時的一個重要參考信息。

實際檢測中，應根據異常點的實測聲速、波幅、PSD值、實測波形與正常混凝土波形的偏離程度和畸變情況綜合判定。

4.2 聲學參數與缺陷性質的關系

4.2.1 對于樁身夾泥砂、空洞、縮徑等缺陷，導致該處的聲速、幅值明顯下降，因缺陷介質的聲速低于正常混凝土、衰減系數高于混凝土。可通過斜測或扇形掃測確定樁身缺陷的位置和范圍。

4.2.2 對于混凝土離析造成的骨料堆積、砂漿少的缺陷，由于骨料聲速高于砂漿，該缺陷處的聲速會比正常混凝土聲速偏高，伴隨聲波繞射，能量損失大，波幅明顯下降。相反當聲速較低，波幅較高時，一般是因為砼離析后細骨料集中或砂漿引起的[2]。

4.2.3 樁底一段深度范圍內的波速和幅值的明顯下降，表明存在一定厚度的沉渣，該松散體成分復雜，聲速低、波幅衰減大。

4.2.4 氣孔密集的混凝土，聲速不會明顯降低，波幅明顯下降。

4.2.5 樁頭部分波速和幅值明顯、緩慢下降，表明該范圍內浮漿過多、強度低質量差。

4.3 檢測現場常見的問題及處理

4.3.1 檢測過程中接收信號消失。造成該類現象的原因，一是聲測管內無水，二是儀器設備系統故障，三是樁身嚴重缺陷，聲波能量很弱使得接收端接收不到信號。首先檢查聲測管內是否有水，加滿清水后仍無信號，將換能器上提一段距離，如信號逐步恢復正常，則為樁身嚴重缺陷。提出聲測管還是無信號，可將換能器平行放置于空氣或水中（5cm）左右，采樣、觀察是否有接收信號，無波形則儀器設備系統故障。

4.3.2 判斷設備系統故障的部位。將超聲儀接上平面換能器，相距5cm左右進行采樣，如波形正常則超聲儀無故障，判斷為換能器故障。如發射換能器故障，采樣時無嗒嗒響聲，用平面發射換能器的幅射面對準徑向接收換能器，接收信號正常。如無波形，則接收換能器損壞。

4.3.3 接收時好時壞。換能器剛下至聲測管底，測試波形正常，一會兒波形異常。在地面檢查或換能器干燥后波形正常，該現象是換能器信號線破損、水密性喪失引起。

4.3.4 樁頭部位測點聲速、幅值下降。檢查樁頭部位混凝土質量良好，可能是由于聲測管與混凝土產生間隙造成，在樁頭澆清水可改善。

5 結語

本文對超聲波透射法檢測樁身完整性及缺陷判定、常見的問題進行了一些分析探討。由于聲波在混凝土中傳播過程是一個相當復雜的過程，目前對于樁身缺陷的分析尚處于經驗階段，有待進一步研究完善。隨著工程建設的快速發展，對灌注樁質量完整性檢測的必要，超聲波檢測與其它檢測方法相比具有眾多優點，伴隨儀器設備改良及測試精度提高，該檢測技術具有廣闊的市場前景。

參考文獻

[1]《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106-2003)。中國建筑工業出版社。2003年。

[2]陳凡，徐天平，陳久照，關立軍編著。基樁質量檢測技術。中國建筑工業出版社。

[3]羅騏先。樁基工程檢測手冊。北京：人民交通出版社，2003。