聲波透射法在基樁檢測中的影響因素

邱麗章

摘 要：該文簡要介紹了聲波透射法的原理及測試方法，結(jié)合現(xiàn)場檢測過程中出現(xiàn)的問題探討聲波透射法在基樁完整性檢測中應(yīng)注意的幾個問題，以供參考。

關(guān)鍵詞：基樁檢測 聲波透射法 缺陷 注意問題

中圖分類號：TP368 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-0-02

樁基礎(chǔ)是一種重要的基礎(chǔ)形式，其具有抗地震性能好、沉降量小、承載力高等優(yōu)點，在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。但受施工條件、工藝特點和管理水平等因素的影響，基樁容易產(chǎn)生缺陷，存在質(zhì)量隱患。因此，有必要對基樁的施工質(zhì)量進行檢測，以排除隱患。

隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)的發(fā)展也日趨成熟，已受到各個工業(yè)領(lǐng)域和科學(xué)研究部門的重視。基樁的聲波透射法檢測在工程質(zhì)量控制中是比較重要的方法，超聲檢測儀作為它的輔助設(shè)備，可以得到三個與混凝土性質(zhì)密切相關(guān)的聲學(xué)參量，包括：聲時、波幅和波形，然后再對這些聲學(xué)參量進行分析，從中得出混凝土灌注樁的樁身質(zhì)量情況。

1 基本原理

由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動特征。根據(jù)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，在測區(qū)范圍內(nèi)得出混凝土的密實度參數(shù)。當(dāng)混凝土無缺陷時，混凝土是連續(xù)體，超聲波在其中正常傳播，接收系統(tǒng)接收到的聲時、波幅和波形均勻、正常。當(dāng)混凝土內(nèi)存在缺陷時，其連續(xù)性就會中斷，在缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產(chǎn)生波的透射、反射以及缺陷對波的吸收衰減，接收到的透射能量就會明顯降低；當(dāng)混凝土內(nèi)存在嚴(yán)重缺陷時，如蜂窩、孔洞、不粘稠等，將產(chǎn)生波的散射和繞射，接收到的聲時、波幅將明顯降低，波形嚴(yán)重畸變甚至丟波。聲波透射法檢測樁身質(zhì)量，即通過測試記錄不同測面、不同高度上的超聲聲學(xué)參量，經(jīng)過處理分析就能判斷樁身的完整性。

2 測試方法

聲波透射測試方法主要有三種：平測法、斜測法和扇面。

（1）將發(fā)射和接收兩換能器始終保持在同一標(biāo)高上進行測試稱之為評測法，這種方法可以了解缺陷在樁長方向上的范圍大小和損壞程度，但缺陷在樁身水平方向上的大致位置是不能被確定出來的。

（2）斜測法是指在發(fā)射和接收兩個換能器之間采用固定的高差進行測試。一般而言，高差越大，缺陷在水平方向的范圍越精確，但是，各種干擾信號就非常強，測試信號比較弱，非常容易出現(xiàn)誤判的情況。因此，在測試時，為保證較好的信號，發(fā)射、接收換能器中心連線與水平面的夾角一般取30～40 °，不能太大。斜測法常作為平測法的補充測試方法，一個測線通常需要測兩次，即第一次發(fā)射換能器比接收換能器標(biāo)高，第二次使發(fā)射換能器比接收換能器標(biāo)高低，但高差絕對值保持一致。通過這種方法，可以大致確定缺陷在水平方向上的范圍。

（3）扇形測法即固定某一固定換能器，將另一換能器等間距移動，兩換能器高程差不停變換，形成一扇面。相比斜測法來說，該方法操作復(fù)雜且數(shù)據(jù)處理比較麻煩，一般只在樁存在嚴(yán)重缺陷的時候采用該方法。

聲波透射測試方法能準(zhǔn)確判斷缺陷在樁長方向上具體部位，在水平方向上的大致范圍等優(yōu)點，但是也存在著不足。

（1）不能判斷樁底持力層質(zhì)量情況。

（2）采用平測法時，容易將水平向范圍較大而樁長方向很小的缺陷給漏掉，當(dāng)缺陷在樁長方向的范圍小于上下兩聲測線之間的距離時，該缺陷就有可能被漏掉。

（3）存在一定范圍的測試盲區(qū)，對整個樁身是否有缺陷是檢測不出來的，只能測出聲測管之間一定范圍內(nèi)混凝土是否有缺陷。例如樁周局部是否存在縮徑、擴頸等缺陷，樁中心是否有較小缺陷。

3 聲波透射法檢測的影響因素

在基樁的聲波透射法檢測的過程中，為準(zhǔn)確獲取超聲波在混凝土中傳播的三個聲學(xué)參量，并以之判定基樁的樁身質(zhì)量，檢測人員除了要掌握扎實的理論基礎(chǔ)知識和熟練的檢測操作技術(shù)外，還應(yīng)該了解影響三個聲學(xué)參量測量的有關(guān)因素，這樣就可以在檢測和數(shù)據(jù)分析處理中，把這些影響因素順便排除掉。

（1）聲測管的影響，某高速公路聲波透射法檢測時發(fā)現(xiàn)，大量樁在樁頂以下6 m范圍內(nèi)聲時、波幅、波形嚴(yán)重異常，按正常的施工水平判斷出現(xiàn)大范圍缺陷的可能性不大。經(jīng)多方查找原因，后來發(fā)現(xiàn)聲測管內(nèi)有較厚油污，經(jīng)了解該批聲測管進貨時廠家在管內(nèi)涂防銹油過多，灌水后油在聲測管上部積聚，嚴(yán)重干擾聲波檢測。后要求施工單位采用鋼筋前端綁扎布對聲測管進行清管處理，并重新置換干凈清水后復(fù)測，結(jié)果聲時、波幅、波形均正常。

另外有時基樁成樁后由于各種原因沒能及時進行檢測，導(dǎo)致聲測管銹蝕嚴(yán)重，鐵銹對聲波透射法的聲時、波幅、波形均有嚴(yán)重干擾，甚至無法接收到波形。此時亦應(yīng)先對聲測管進行清管處理后方可進行正常檢測。

（2）聲測管管接頭的影響，中長樁通常要幾節(jié)管子才能連接起來，通長到樁底，兩管之間接頭有采用短管節(jié)套焊接而成的，也有采用螺紋連接的。不論采用何種連接方法，進行超聲檢測時，若換能器正好處在兩管接頭之處時，有可能會造成聲時增大，即聲速降低，首波波幅明顯下降的現(xiàn)象。因此在分析檢測數(shù)據(jù)時，若深度一波速、深度一波幅曲線上出現(xiàn)有規(guī)律等間距的突變時，應(yīng)考慮是否是管接頭的影響，可根據(jù)聲測管安裝的施工記錄輔助判斷。

（3）聲測管彎曲的影響，聲測管彎曲導(dǎo)致測距增大或減小，使正常混凝土的聲時有可能超判據(jù)，此時應(yīng)結(jié)合波幅與波形進行綜合分析，一般情況下聲波穿過的仍是均勻的混凝土，聲測管彎曲對對波幅影響不大，波形仍保持正常，此時不應(yīng)判為缺陷。但當(dāng)聲測管嚴(yán)重彎曲時，測距越來越小，缺陷處的聲時有可能比測距較大處的聲時小得多，在此處測線有可能不會超標(biāo)，但仍需判為缺陷。因此在檢測過程中不能根據(jù)某單一指標(biāo)來作出判斷，而應(yīng)綜合各個指標(biāo)來分析是否有缺陷以及缺陷的范圍和程度。

（4）泥槳比重過大的影響，當(dāng)泥漿比重過大時，在聲測管周圍局部會附著一薄層泥皮，兩聲測管之間發(fā)射換能器發(fā)射的聲波將穿過泥皮，聲波通過低聲速介質(zhì)，當(dāng)泥皮較薄時，對聲速影響不顯著；當(dāng)泥皮較厚時，將使聲速嚴(yán)重降低、首波波幅大幅下降、波形畸變嚴(yán)重，聲波現(xiàn)象就不能完全的展現(xiàn)出來。一般情況下，當(dāng)某根聲測管外包有泥皮時，與該聲測管有關(guān)的剖面相應(yīng)部位處聲學(xué)參數(shù)均有異常，通過斜測法就可以判斷泥皮的影響范圍。

（5）藕合劑的影響，在樁基超聲波透射法檢測過程中，經(jīng)常會在聲測管中注入清水作藕合劑，而這種方法在運用到實際施工時，一些施工單位或貪圖方便、或?qū)z測方法不甚了解，在聲測管中隨意注入泥水或污水，放置一段時間后，泥水發(fā)生沉淀，可能出現(xiàn)探頭通不到管底，或者影響樁底聲波信號，出現(xiàn)假缺陷，導(dǎo)致誤判。實踐表明，泥水中含砂率越高，對樁底聲測信號的影響越大；純泥漿對聲測信號基本無影響；污水則會影響超聲波的傳播及接收。在某橋樁直接注入受污染的水作聲測管藕合劑，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)成批樁樁頂以下約2 m范圍內(nèi)無聲波信號，疑似樁頂嚴(yán)重缺陷，但現(xiàn)場已鑿除的樁頭混凝土完整密實，故懷疑聲測管中的水有問題，當(dāng)用清水置換管中污水之后復(fù)測，結(jié)果顯示該批樁樁頂質(zhì)量均無異常，屬于合格樁。

（6）樁身混凝土局部細(xì)小氣泡的影響，當(dāng)樁身混凝土局部氣泡含量較大時，雖然氣泡尺寸較小，對聲波的傳播路徑影響不大，但由于空氣的存在，對聲波造成強烈的吸收衰減，導(dǎo)致聲時基本正常，聲幅超判據(jù)的情況。

（7）樁底沉渣的影響，當(dāng)超聲檢測到樁底時，如果樁低沉渣太厚，就會出現(xiàn)樁底聲速和首波幅度急劇下降的情況，此時聲速在2.0 km/s以下。

（8）檢測探頭的影響，用不同的換能器進行測量，得到的首波波幅值差距也比較大。因此，不能生硬的比較不同探頭檢測的首波波幅，應(yīng)作合理的分析。

（9）混凝土齡期的影響，混凝土聲速隨齡期的增加而上升。但在硬化初期，聲速很低，與泥砂夾層難以區(qū)別，而且在硬化初期，混凝土對聲能的吸收衰減較大，信號強度較低，所以應(yīng)待混凝土齡期達到規(guī)范要求后，再進行聲波透射法檢測。

4 結(jié)語

聲波透射法是一種檢測基樁混凝土質(zhì)量行之有效的方法，其檢測方法簡便、成果反映直觀、檢測精度高。在檢測時，對有缺陷的樁應(yīng)持慎重的態(tài)度，要綜合考慮各方面的影響因素，不要漏判缺陷，也不要夸大缺陷的嚴(yán)重程度，要分析各聲學(xué)參量發(fā)生變化的原因，科學(xué)準(zhǔn)確地評價基樁混凝土質(zhì)量。

參考文獻

[1] JGJ106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

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