關(guān)于聲波透射法樁基檢測(cè)的應(yīng)用分析

王朝龍　陶雄　李艷

（云南航天工程物探檢測(cè)股份有限公司　云南　昆明　650217）

關(guān)于聲波透射法樁基檢測(cè)的應(yīng)用分析

王朝龍?zhí)招劾钇G

（云南航天工程物探檢測(cè)股份有限公司云南昆明650217）

隨著橋梁建筑的發(fā)展，聲波透射法被廣泛應(yīng)用于樁基檢測(cè)工程中。本文介紹了聲波透射法的基本原理，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，提出了可行性建議，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供施工依據(jù)，提高工程質(zhì)量。

聲波透射法；樁基檢測(cè)；應(yīng)用分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，聲波測(cè)試技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在建筑工程的檢測(cè)中發(fā)揮的作用更不容小覷。大量的工程實(shí)踐證明，聲波投射法能準(zhǔn)確檢測(cè)樁身的缺陷及其位置，為工程質(zhì)量提供了可靠的保證，在未來的工程建設(shè)中，這一技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。

1　聲波透射法的基本原理

樁基是由水泥石、水和空氣間隙組成的多相非均質(zhì)材料。在實(shí)際的工程中，會(huì)由于外界因素或施工技術(shù)的原因?qū)е聵痘写嬖诳锥础㈤g隙。夾砂或裂縫，一方面造成建筑工程安全系數(shù)降低，一方面可以借助聲學(xué)原理對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)。

從物理角度講，聲波是一種常見的彈性波，若將混凝土作為彈性體，則聲波在混凝土中的傳播服從物理學(xué)規(guī)律。由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)發(fā)高頻彈性脈沖波，用高精度接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動(dòng)特征。當(dāng)混凝土內(nèi)部存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波達(dá)到該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低；當(dāng)混凝土內(nèi)部存在松散、蜂窩孔洞等缺陷時(shí)，會(huì)破壞混凝土介質(zhì)的連續(xù)性，使聲波的傳播路徑發(fā)生變化，在繞過缺陷點(diǎn)傳播時(shí)，將產(chǎn)生波的散射和繞射，根據(jù)波的初始到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特征，可獲取測(cè)得范圍內(nèi)混凝土的聲學(xué)參數(shù)。測(cè)試記錄不同測(cè)試剖面、不同高度上的超聲波的特征，經(jīng)過處理分析就能獲得測(cè)試區(qū)內(nèi)混凝土的參考強(qiáng)度和內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置[1]。簡(jiǎn)而言之，聲波透射法樁基檢測(cè)就是根據(jù)聲波在介質(zhì)中的參數(shù)變化，人為分析判別缺陷的位置，為提高混凝土質(zhì)量提供依據(jù)。

2　儀器設(shè)備要求

2.1聲波發(fā)射與接收換能器應(yīng)符合下列要求

（1）圓柱狀徑向振動(dòng)，沿徑向無指向性；

（2）外徑小于聲測(cè)管內(nèi)徑，有效工作面軸向長(zhǎng)度不大于150mm；

（3）諧振頻率宜為30～50kHz；

（4）水密性滿足1MPa水壓不滲水。

2.2聲波檢測(cè)儀應(yīng)符合下列要求

（1）具有實(shí)時(shí)顯示和記錄接收信號(hào)的時(shí)程曲線以及頻率測(cè)量或頻譜分析功能；

（2）聲時(shí)測(cè)量分辨力優(yōu)于或等于0.5μs；

（3）聲波幅值測(cè)量相對(duì)誤差小于5％；

（4）系統(tǒng)頻帶寬度為1～200kHz，系統(tǒng)最大動(dòng)態(tài)范圍不小于100dB；

（5）聲波發(fā)射脈沖宜為階躍或矩形脈沖，電壓幅值為200～1000V[2]。

3　與混凝土質(zhì)量相關(guān)的聲學(xué)參數(shù)

3.1聲速

聲速與混凝土彈性性質(zhì)、混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，聲速是判定混凝土質(zhì)量的重要參數(shù)，與聲波波幅相比，聲速對(duì)缺陷位置的敏感度不夠敏銳。

3.2波幅

波幅通常是指接受波中的首波波幅，它反映了聲波在介質(zhì)中的衰減情況，能夠很敏銳地檢測(cè)出缺陷點(diǎn)，是工程檢測(cè)中的重要依據(jù)。

3.3主頻

主頻是指接受波的主頻，反應(yīng)聲波在傳播過程中的衰減情況，在實(shí)際的監(jiān)測(cè)工程中，它作為判定混凝土質(zhì)量的輔助指標(biāo)。

3.4波形

混凝土的質(zhì)量可以直接從接受波波形上反應(yīng)出來，波形對(duì)混凝土內(nèi)部的缺陷點(diǎn)極為敏感，是聲波透射法中最重要的參數(shù)[3]。

4　樁身質(zhì)量缺陷的判定

聲波穿過混凝土后接受換能器接收信號(hào)，信號(hào)中含有混凝土的諸多信息。聲波透射法樁基檢測(cè)的關(guān)鍵問題就是把諸多的信息加以分析并予以定量，將接收器接受的聲波信號(hào)與混凝土內(nèi)部缺陷聯(lián)系起來，得到有力的證據(jù)。上文提到的聲速、波幅、主頻和波形都是判斷混凝土內(nèi)部缺陷的有效物理參數(shù)[4]。

由聲波穿過混凝土所需的時(shí)間通過計(jì)算后得到聲速。在兩根平行的聲測(cè)管中，如果混凝土質(zhì)量均勻，內(nèi)部也不存在缺陷，那么個(gè)橫截面所測(cè)得的聲速時(shí)值是相同的；當(dāng)混凝土內(nèi)部存在缺陷時(shí)，缺陷區(qū)的存在使聲速遠(yuǎn)小于完好無損的混凝土，穿越時(shí)間加大。當(dāng)缺陷中的物質(zhì)與混凝土的聲阻抗不同時(shí)，界面透過率低，聲波繞過缺陷不穩(wěn)繼續(xù)傳播，波形將出現(xiàn)彎曲，判定出混凝土質(zhì)量問題。

波幅值越低，超聲脈沖在混凝土中的衰減程度就越大，由聲波衰減的原因可知，混凝土中必然存在低強(qiáng)度區(qū)或離析區(qū)，即混凝土中存在夾泥或蜂窩。波幅的幅值可以直接從接受器上觀察，波幅值與混凝土質(zhì)量有密切的相關(guān)性。

樁身完整性判定海域外界復(fù)雜的因素有關(guān)，判定時(shí)可以根據(jù)具體的施工工藝和施工技術(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合聲波中的主要參數(shù)對(duì)混凝土加以明確的綜合性判定。

5　聲波透射法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

5.1聲測(cè)管的埋設(shè)

在利用聲波透射法對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)之前，必須在施工的過程中預(yù)埋聲測(cè)管。聲測(cè)管內(nèi)徑55±5mm，聲測(cè)管的埋設(shè)數(shù)量由樁徑大小決定，沿樁截面外側(cè)對(duì)稱埋設(shè)。樁基需采用合適的方法固定，確保位置平正，成樁后相互平行。連接聲測(cè)管時(shí)，保證連接處光滑過渡，確保探頭的移動(dòng)不會(huì)受到影響。每個(gè)聲測(cè)管管口的高度應(yīng)該一致，管口應(yīng)高出樁頂10cm以上。一般可用清水作為聲測(cè)管中的耦合劑，聲測(cè)管下端封閉，防止漏水，也可將聲測(cè)管下端連通，以便必要時(shí)可用高壓水疏通聲測(cè)管，聲測(cè)管上端加蓋，避免有異物落入[5]。

5.2平測(cè)普查

平測(cè)普查的步驟如下：

（1）用兩根聲測(cè)管作為一個(gè)檢測(cè)剖面的方式將多根聲測(cè)管進(jìn)行組合。

（2）把發(fā)射和接受換能器放在檢測(cè)剖面的聲測(cè)管里，工作人員應(yīng)保證在放置過程中維持相同的高度。

（3）在安裝發(fā)射和接受換能器時(shí)，可以用自下而上或自上而下的方式向上提或向下放，施工過程中應(yīng)保證發(fā)射和接受換能器位置不會(huì)出現(xiàn)偏差，發(fā)射和接收換能器要以相同的標(biāo)高進(jìn)行同步升降，累計(jì)誤差不得超過20mm，并對(duì)誤差及時(shí)矯正。

（4）如果施工過程中出現(xiàn)異常，必須降低移動(dòng)的距離，做水平加密檢測(cè)。

（5）在對(duì)同一樁的不同監(jiān)測(cè)面進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，聲波發(fā)射電壓和儀器的設(shè)置參數(shù)應(yīng)保持不變[6]。

5.3缺陷細(xì)測(cè)

對(duì)平測(cè)普查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，可以根據(jù)聲速和波幅等相關(guān)參數(shù)找出樁基中的可疑測(cè)區(qū)。對(duì)可疑測(cè)區(qū)進(jìn)行加密檢測(cè)，將可疑測(cè)區(qū)的異常情況加以核實(shí)和分析，確定可疑測(cè)區(qū)的縱向范圍，再對(duì)可以測(cè)區(qū)進(jìn)行深入的探測(cè)，具體方法是利用斜測(cè)法。斜測(cè)法是保證發(fā)射和接受換能器維持一定的高程差，在聲測(cè)管內(nèi)以相同的距離進(jìn)行測(cè)試。

6　檢測(cè)過程中常見的問題分析

6.1檢測(cè)信號(hào)瞬間消失

聲測(cè)管漏水或系統(tǒng)故障均會(huì)造成檢測(cè)信號(hào)消失的故障。在處理這類問題時(shí)，具體的解決辦法是檢查聲測(cè)管內(nèi)的水況，可在檢查聲測(cè)管是否破裂后往聲測(cè)管中注水直至故障問題消失，或者將換能器提出聲測(cè)管，觀察是否有波形，若無接收波形，可以判定時(shí)系統(tǒng)故障，檢查系統(tǒng)中的各設(shè)備。

6.2發(fā)射波形正常，接收波形不穩(wěn)定

換能器下水測(cè)試時(shí)波形正常，而后波形不穩(wěn)定，甚至無法接收到波形，提出聲測(cè)管或換能器干燥后波形又恢復(fù)正常。造成這種現(xiàn)象的原因是換能器信號(hào)線破損造成，這時(shí)可直接更換換能器。

6.3樁頭最后的測(cè)點(diǎn)聲速和幅度極具下降

造成該現(xiàn)象的原因可能是使用機(jī)械設(shè)備剔除樁頭時(shí)，不小心致使聲測(cè)管與混凝土脫離或者混凝土局部破損。具體的處理方式可以在聲測(cè)管外壁或樁頭中加入清水，直至故障消除。

7　結(jié)語

聲波透射法具有準(zhǔn)確度高、可定量分析出樁身缺陷的大小和確切部位，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于工程檢測(cè)中。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，聲波檢測(cè)技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。在目前的技術(shù)階段，聲波的應(yīng)用還存在著一些缺點(diǎn)亟待解決，例如檢測(cè)費(fèi)用高、檢測(cè)速度慢等，在未來的發(fā)展中，對(duì)此檢測(cè)技術(shù)還應(yīng)不斷完善。

[1]劉增永，徐日慶.超聲波透射法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù)，2010，45（2）：69～71.

[2]韓雨，楊偉.聲波透射法在橋梁樁基檢測(cè)中的案例分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11（7）：1617～1619.

[3]王昌達(dá)，季鵬，張仕洲，等.聲波透射法檢測(cè)基樁完整性的影響因素[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2012，7（5）：47～49.

[4]周涌泉.聲波透射法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用[J].交通建設(shè)與管理，2014 （04）：40～41.

[5]馬驥.聲波透射法在樁基檢測(cè)中應(yīng)用[J].江西建材，2012，47（3）：82～83.

[6]陽(yáng)亮，李均，劉宗濤，等.聲波透射法在樁基質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù)，2014，31（1）：90～92.

U445.15

A

1673-0038（2015）22-0116-02

2015-5-15

王朝龍（1986-），男，云南保山人，助理工程師，本科，從事工程檢測(cè)工作。

陶雄（1985-），男，云南宣威人，助理工程師，本科，從事工程檢測(cè)工作。