超聲波透射法在工程檢測中的應用

摘要：隨著我國橋梁建設的發展，目前已經建成和在建的特大型橋梁工程越來越多，跨江、跨海大橋，橋梁基礎樁基數量越來越多、樁徑越來越大，施工技術難度也逐步加大。因而在施工過程中不可避免地會造成樁身缺陷，而影響到樁基的完整性、使用性。隨著科學技術的飛速發展，聲波透射技術在工程建設方面得到了非常廣泛的應用。聲波透射技術能直觀、準確地反映基樁的密實度，判斷基樁缺陷的性質及位置，同樣能夠不受基樁長度限制進行準確無誤的判斷。文章主要對超聲波透射法在基樁工程檢測中的應用進行了探討。

關鍵詞：超聲波;透射法;樁基工程;檢測

引言

樁基是結構物的主要承重部分，其質量直接關系到結構物使用的安全性及長久性，因此，其質量檢測顯得尤為重要。目前，樁基檢測手段較多，超聲波透射法是主要檢測方法之一。聲波透射法是利用聲波的透射原理，對樁身混凝土介質狀況進行檢測，適用于已經預埋了兩根或兩根以上聲測管的基樁。通過在預埋聲測管之間發射、接收聲波，得到實測聲波在混凝土介質中傳播的聲時、波幅和頻率等聲學參數的相對變化，從而判斷樁身完整性的一種檢測方法。

1超聲波透射法檢測原理、方法

1.1超聲波透射法檢測原理

混凝土是一種集結型的復合材料，其內部存在著廣泛分布的復雜界面。當混凝土的組成材料、工藝條件、內部質量及測試距離一定時，其聲波傳播速度、首波幅度和接收信號主頻等聲學參數一般符合統計正態分布。如果某部分混凝土存在空洞、不密實或裂縫等缺陷，便破壞了混凝土的整體性，與無缺陷混凝土相比，聲時值會偏大，波幅和頻率值會降低。

超聲波透射法檢測適用于灌注成型過程中已經預埋聲測管的混凝土灌注樁完整性檢測。在基樁施工前，依樁徑大小（小等于1.5m埋設3根，大于1.5m埋設4根）預埋一定數量的聲測管（一般采用鋼管或鍍鋅管，底端封閉、頂端加蓋），作為換能器的通道。

1.2現場檢測步驟

（1）發射與接收聲波換能器通過深度標志分別置于兩根聲測管中測點處。（2）發射與接收聲波換能器應以相同標高或保持固定高差同步升降，測點間距不宜大于250mm，注意保持兩換能器相對累計高差小于20mm。（3）實時顯示和記錄接收信號的時程曲線，讀取聲時、首波峰值和周期值，宜同時顯示頻譜曲線及主頻值。（4）將多跟聲測管以兩根為一個檢測剖面進行全組合，分別對所有檢測剖面完成檢測。（5）在樁身質量可疑的測點周圍，應采用加密測點，或采用斜測、扇形掃測進行復測，進一步確定樁身缺陷的位置和范圍。（6）在同一根樁的各檢測剖面的檢測過程中，聲波發射電壓和儀器設置參數應保持不變。

2超聲波透射法在樁基檢測中的應用

（1）混凝土灌注樁易出現各種各樣的質量問題，如斷裂空洞、縮徑、離析、沉渣過厚、混凝土強度偏低等。如何測定缺陷的位置，并準確地對其進行評價成為基樁質量檢測的一個核心問題，超聲波檢測法在灌注樁檢測中具有絕對的優勢。超聲波透射法是檢測混凝土灌注樁樁身缺陷、評價其完整性的一種有效方法，當超聲波經混凝土傳播后，它將攜帶有關混凝土材料性質、內部結構與組成的信息，準確測定超聲波經混凝土傳播后各種聲學參數的量值及變化，就可以推斷混凝土的性能、內部結構與組成情況。

（2）基樁的超聲波透射法檢測需要分析和處理的主要聲學參數是聲速、波幅、主頻，同時要注意對實測波形的觀察和記錄。如何在這些數據的基礎上，對樁的完整性、連續性、強度等級等做出判斷，是超聲法檢測的關鍵。經比較后，采用聲場陰影區重疊法。

（3）對被測信號進行快速傅立葉變換，就要對時域信號進行截斷，即在時域對信號設置窗函數，截斷會使譜分析精度受到影響。如果時域信號是周期性的，而截斷又按整周期取數，信號截斷不會產生問題，因為每周期信號都能代表整個周期信號變化情況。若不是整周期截取數據，則會產生頻譜泄漏影響測量結果。目前減少頻譜泄露的方法主要有兩類：第一類是通過減少同步誤差來降低頻譜泄漏，即采用整周期截斷;二類是在同步誤差一定的情況下。通過對采樣數據的處理或對測量結果的修正來減少測量誤差。加窗函數屬于第二類方法，而當前主要使用加窗來減少誤差。

3判定混凝土缺陷性質與位置的方法

在工程建設中油于混凝土灌注樁具有隱蔽性強、緩凝土成型復雜等特點，給施工操作帶來了不小的難度，一旦施工操作出現不當便極有可能造成灌注樁離析、夾泥層至是斷樁的情況。通過應用聲波透射法能將混凝土存在的這些缺陷性質與位置進行有效的檢驗和正確的判斷。

3.1判定混凝土缺陷性質的方法

聲波是一種在不同介質傳播中具有的聲學參數也不同的彈性波，通過對不同介質中聲波參數進行計算處理，能將基樁混凝土的完整性進行準確、直觀地判斷。

（1）聲波聲速與混凝土質量之間的關系。出聲波的聲速與混凝土的內部結構具有非常緊密的關系。由于彈性模量與密度隨彈性介質種類和性質的不同而不同，因而聲波的傳播速度也不同。根據多項實踐證明結果可知，當聲波的聲速越高時，說明物體發生的孔隙率越低，也就表明物體具有更好的密實性。根據這一結論我們根據聲波聲速的大小將混凝土的密實度準確判斷出來。

（2）聲波波幅與混凝土質量之間的關系。當基樁的樁身存在缺陷時，缺陷內含物便將穿過聲波的部分波能進行吸收，從而接收探頭接收到的聲能明顯減少，波幅也便降低。根據這一性質可通過觀察波幅對混凝土中的缺陷進行判斷。

3.3判定混凝土缺陷位置的方法

在確定混凝土缺陷的范圍及位置時，通常采用扇形掃射法及交叉斜側法。其中扇形掃射法指的是先在缺陷的高程位置放置發射換能器，在缺陷剖面另一測管中將具有接收作用的換能器放置在下一段缺陷高程處，將接收換能器從下往上提到夾泥之上，這便進行了一次掃射。在掃射過程中，要保持發射換能器處于不動的狀態，在扇形掃射完成一個之后，方可移動發射換能器進行下一次扇形掃射。由于各測點具有不同的測距，因而只能根據相鄰兩個測點的測量值有明顯變化來對基樁的缺陷進行判斷。因此扇形掃射法可以將出現缺陷的邊界地帶畫出。交叉斜側法采用的測量方式是第一次測量時，保證發射換能器的位置更高一些，第二次測量保證接收換能器處于更高的位置，在保持一定高程差的基礎上，在聲測管中采取相同步長的方式對兩個換能器進行同升同降測試，并對聲波的聲學的參數數據進行采集。根據聲時及波幅出現的異常特征便可將基樁發生異常的范圍準確交叉圈出。

（3）注意事項。超聲波透射法只能檢測埋設聲測管部分樁身完整性，而對端承樁的嵌巖情況及樁底與巖的膠結情況也不能很好反映，所以根據具體工程情況超聲波透射法應與其他檢測方法共同使用，比如超聲波透射法與低應變法能夠很好檢測嵌巖樁的完整性及嵌巖情況，也能夠對基樁缺陷進行綜合判定，避免誤判。超聲波透射法還可與鉆孔取芯法、高應變法、靜載相結合檢測，最終保證基樁的承載力能達到設計要求。

結束語

綜上可知，在工程項目的建設過程中，為保證工程的質量，對混凝土基樁的完整性及位置等性能進行檢驗尤為必要。在實際的檢測過程中通常采用聲波透射的檢測法，根據發射出的彈性波的聲速大小、振幅能量及衰減程度、波形的畸變情況等聲學參數變化從，進而對基樁樁身的完整性及均勻性進行準確、有效的判斷。

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