聲波透射法在檢測基樁質(zhì)量中的應用探討

廣東天信電力工程檢測有限公司

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的發(fā)展，無損檢測技術的發(fā)展也日趨成熟，已受到各個工業(yè)領域和科學研究部門的重視。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，本文通過對聲波透射法進行分析并且提出自己的一些建議，以供參考。

關鍵詞：聲波透射法；檢測；基樁質(zhì)量

1前言

聲波透射技術的發(fā)展不僅僅推動了科學技術的進行，而且?guī)У搅私?jīng)濟發(fā)發(fā)展，它是經(jīng)濟建設以來發(fā)展最晚但卻最迅速的一種技術，它的檢測無損傷，對基樁的密實度的反應很是直觀、準確，更能準確地鑒別基樁本身缺陷的性質(zhì)和缺陷的具體位置，測試結(jié)果不受樁長限制。

2超聲波透射法的原理

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)1。當混凝土無缺陷時，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；當混凝土內(nèi)存在嚴重缺陷時，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，波形嚴重畸變甚至丟波2。聲波透射法樁基檢測就是根據(jù)混凝土聲學參數(shù)測量值的相對變化，分析、判別其缺陷的位置和范圍，評定樁基混凝土質(zhì)量類別。

3超聲波透射法基樁檢測方法

按照超聲波換能器通道在樁體中的不同的布置方式，超聲波透射法基樁檢測主要有三種方法：

（1）樁內(nèi)跨孔透射法。將兩根或兩根以上的聲測管預埋在樁內(nèi)，通過安置在管道內(nèi)的換能器發(fā)射穿透混凝土的聲波，由另一管道內(nèi)的接收換能器進行接收，從而檢測樁的質(zhì)量，當采用大直徑灌注樁時，也可使用鉆芯法所打的孔進行檢測。

（2）樁外孔透射法。當樁的上部結(jié)構(gòu)已施工或樁內(nèi)沒有換能器通道時，可在樁外緊貼樁邊的土層中鉆一孔作為檢測通道，檢測時在樁頂面放置一發(fā)射功率較大的平面換能器，接收換能器從樁外孔中自上而下慢慢放下，超聲波沿樁身混凝土向下傳播，并穿過樁與孔之間的土層，通過孔中耦合水進入接收換能器，逐點測出透射超聲波的聲學參數(shù)，根據(jù)信號的變化情況大致判定樁身質(zhì)量。由于超聲波在土中衰減很快，這種方法的可測樁長十分有限，且只能判斷夾層、斷樁、縮頸等。

（3）樁內(nèi)單孔透射法。當樁內(nèi)只能有一個孔道時，可以采用單孔透射法進行檢測，將換能器放置在孔中，換能器間采用隔聲材料進行阻隔，聲波發(fā)射后經(jīng)過藕合水進入孔壁混凝土表層，在傳播一定距離后經(jīng)過藕合水到達接收器上，從而測出相應的聲學參數(shù)，當管道中存在鋼質(zhì)材料時，將會對聲波的繞行產(chǎn)生影響，則不能采用該方法。

4聲波透射法的基樁檢測儀器

聲波透射檢測法的檢測裝置主要由超聲探頭、超聲儀、探頭升降裝置及樁內(nèi)預埋聲測管組成。

（1）超聲探頭。基樁檢測中所用的探頭一般為柱狀徑向振動換能器，為了通過安裝前置放大器的方式提高接收換能器的靈敏度，考慮到換能器一般在水下工作，因此，要求其保證在100m水深條件下不出現(xiàn)漏水的情況。

（2）超聲儀。發(fā)射系統(tǒng)應保證能夠輸出250一1000v的脈沖電壓，激發(fā)壓電體的脈沖波可為階躍脈沖或矩形脈沖。接收系統(tǒng)的頻帶寬度宜為5一50kHz，增益應儀器的測時范圍應大于2000μs，計時精度應高于1μs。數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及顯示系統(tǒng)是裝置的重要組成部分，通過對數(shù)據(jù)信號的自動測讀及處理能夠有效的提高現(xiàn)場的檢測效率。

（3）探頭升降系統(tǒng)。為了測量不同深度范圍內(nèi)的混凝土基樁質(zhì)量，應布設探頭升降系統(tǒng)，使得超聲探頭能夠在聲測管中按要求升降。一般采用人工升降或電動升降兩種方式。

5聲測管的預埋和管材的選擇

為了使換能器能達到檢測部位，需預先埋設若干檢測通道，它在樁的橫截面上的布局，決定了檢測的有效面積和探頭提拉次數(shù)，所以聲測管的預埋是影響檢測方式和信號分析判斷的基本問題。

5.1聲測管的選擇

對聲測管的材料要求是：有足夠的機械強度，保證在灌注樁混凝土澆注過程中不會變形；與混凝土粘結(jié)良好，不致在聲測管和混凝土間產(chǎn)生剝離縫，影響測試。根據(jù)這些要求，鋼管是最合適的材料。為了節(jié)省費用，對于樁身長度小于15m的短樁，可用硬質(zhì)PVC塑料管或金屬波紋管，一般規(guī)定，聲測管的直徑通常比徑向換能器的直徑大10～20mm即可，宜用規(guī)格內(nèi)徑35～50mm。管的壁厚對聲能透過率影響較小，所以，原則上對聲測管壁厚不作要求，但就節(jié)省材質(zhì)用量而言，管壁只要能承受新澆混凝土的側(cè)壓力，則越薄越好。

5.2聲測管的埋置數(shù)量和布置方式

聲測管在樁的橫截面上的布局應考慮檢測控制面積，根據(jù)樁徑大小預埋超聲檢測管，樁徑為0.6～1.0m時宜埋二根管；樁徑為1.0～2.5m時宜埋三根管，按等邊三角形布置；樁徑為2.5m以上時宜埋四根管，按正方形布置。聲測管之間應保持平行，但在實際施工中，由于鋼筋骨架剛度的原因，會造成一定的誤差，應盡量控制。

5.3聲測管的安裝

聲測管應牢牢固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，對于鋼管，每2m間距設一個固定點，直接焊接在架立筋上；對于PVC管，每1m間距設一固定點，應牢固綁扎在架立筋上。對于無鋼筋籠的部位，聲測管可用鋼筋支架固定，聲測管應一直埋到樁底，聲測管底部應預先封焊死，管的上端應高于樁頂表面300～500mm，同一根樁的聲測管外露高度宜相同，上頂端用螺紋蓋、塞或木樁封閉管口，防止異物掉入管內(nèi)。

6檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)分析和判斷

對實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(shù)是聲速、波幅、主頻，同時測波形的觀察和記錄，如何在這些數(shù)據(jù)的基礎上，對樁的完整性、連續(xù)性、強度等級等做出判斷，是超聲法檢測的關鍵。目前，常用的樁身缺陷判斷方法有兩大類，第一類是數(shù)值判據(jù)法，即根據(jù)測試值經(jīng)適當?shù)臄?shù)字處理后找出一個存在缺陷的臨界值作為依據(jù)，這種方法能對大量測試數(shù)據(jù)做出明確的分析和判斷，通常用于全面掃測時缺陷的初步判斷；第二類是聲場陰影區(qū)重疊法，這類方法通常用于數(shù)值判據(jù)法確定缺陷位置后的細測判斷，以便詳細劃定缺陷的位置、大小和性質(zhì)等，在樁身缺陷的超聲檢測種，這兩類方法必須聯(lián)合使用，過分偏重任何一種方法都是不合理的3。

7 聲波透射法檢測中的影響因素

在基樁的聲波透射法檢測的過程中，檢測人員除了要掌握扎實的理論基礎知識和熟練的檢測操作技術外，還應該了解影響其測量的有關因素，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，基樁成樁后由于各種原因沒能及時進行檢測，導致聲測管銹蝕嚴重，鐵銹對聲波透射法的聲時、波幅、波形均有嚴重干擾，甚至無法接收到波形。此時亦應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，應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)，此時應結(jié)合波幅與波形進行綜合分析，在檢測過程中不能根據(jù)某單一指標來作出判斷，而應綜合各個指標來分析是否有缺陷以及缺陷的范圍和程度。

（4）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，導致誤判。

（5）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，所以應待混凝土齡期達到規(guī)范要求后，再進行聲波透射法檢測

（6）樁底沉渣的影響，當超聲檢測到樁底時，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。

（7）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，應作合理的分析。

結(jié)束語

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。但是在檢測時，對有缺陷的樁應持慎重的態(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重程度，要分析各聲學參量發(fā)生變化的原因，科學準確地評價基樁混凝土質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 羅騏先，樁基工程檢測手冊[M].北京：人民交通出版社，2003

[2] 馬宗治：《聲波透射法在基樁檢測中的應用》，《今日科苑》，2007年18期

[3] 杜存全：《聲波透射法在基樁檢測中的應用》，《科技信息》，2009年04期