聲波透射法在橋梁樁基檢測中的應用

李　民（遼寧馳通公路工程監理事務所，遼寧　沈陽　110005）

聲波透射法在橋梁樁基檢測中的應用

李民
（遼寧馳通公路工程監理事務所，遼寧沈陽110005）

聲波透射法是對建筑樁身混凝土完整性依據超聲波透射原理進行檢測的方法，已逐漸應用于橋梁樁基檢測并成為比較有效的一種方法。通過分析聲波透射法有關理論，較深入地探討了橋梁樁基檢測中聲波透射法的具體應用，并結合實際應用論述了聲波透射法的檢測技巧及判定結果的方法，對于提高橋梁樁基施工質量的檢測水平具有重要作用。

聲波透射法；橋梁樁基；檢測方法

1　前言

在橋梁樁基檢測中聲波透射法是對橋梁樁身混凝土完整性依據超聲波透射原理進行檢測的方法，已逐漸應用于橋梁方法并發揮出十分重要的作用。該方法是在灌注橋梁樁基混凝土前，將多根測管進行預埋作為聲波檢測儀，按照間距一定對向橋梁樁身各橫截面穿過聲波的聲學參數沿樁縱軸逐點進行檢測，再對有關檢測數據進行分析判斷并處理，對橋梁樁身混凝土可能發生缺陷的因素進行綜合分析，再對橋梁樁身混凝土質量進行推斷，以實現對橋梁樁身完整性等級的客觀判定。

2　聲波透射法

灌注樁內聲測管之間的混凝土質量是該方法的檢測對象，混凝土作為一種非勻質彈黏性材料通常都是由很多種材料進行配制構成，對超聲脈沖波吸收程度較大、也能衰減一定程度的散射，超聲脈沖波在超聲波相等距離、材料及質量時，首波頻率、波幅及傳播速度等聲學參數的測量值呈現出一致性，才能相對穩定地保持波形。如在橋梁樁身混凝土結構中具有空洞、裂縫及因水泥不足而發生松散等質量問題，其空間內空氣將相應增大所占空間，在聲阻抗率上空氣遠遠低于混凝土，在“固-氣”界面上超聲脈沖波容易發生全反射現象，一些超聲脈沖波缺陷區繞過或穿過而對換能器接收時，將增大聲時值，相應降低首波幅度與頻率，波形產生畸變的程度比較明顯。可利用變化的聲時及聲程范圍，對聲速變化進行計算，對缺陷度進行判別和計算，同時在缺陷界面超聲脈沖波將發生反射和散射，聲波到達接收換能器時將使波幅顯著減小，可結合波幅變化甄別產生缺陷的性質及程度。超聲脈沖波在產生缺陷的界面中不同成分的頻率其衰減度也各不相同，接收信號頻率降低明顯時，可與接收信號主頻或頻率譜的變化相結合分析判別產生缺陷的具體狀況。超聲脈沖波反射和折射在缺陷界面形成波束的波形不同，或由于界面上產生波形轉換而形成橫波，抵達接收換能器時的時間各不相同，將導致接收波形成疊加同向或不同向位波束的波，進而造成接收信號發生一定程度的波形畸變，所以也能夠用于對產生缺陷具體原因的分析判斷。

由以上原理分析可知，該方法一般是應用超聲波檢測儀器與聲波徑向換能器，對橋梁混凝土中超聲脈沖波的相關參數進行測量，并將相關參數的變化情況進行綜合分析，以判定橋梁樁身混凝土產生質量問題的具體部位。對接收到的超聲脈沖波測量值采用數理統計方法值分析，以實現對橋梁樁完整性的準確判斷。

3　檢測聲波透射法的方法

雙孔、單孔及樁外檢測三種方法在橋梁灌注樁的聲波透射法的檢測中比較常用，而應用最廣泛的是具有多種方式的雙孔檢測方法。聲波透射法檢測在應用中一般分為掃測樁身各剖面和細測懷疑部位兩個步驟。將測點間距對增加聲時，衰減波形異常區由25cm向10cm進行加密，基于測讀聲時并觀察參數的相對變化，采用平測、雙向斜測方法測量物理量以確定缺陷陰影范圍的方法就是“聲陰影重疊法”。由于橋梁混凝土結構的不均勻界面而產生繞射或低頻波漫射等導致其陰影邊界一般較為模糊，而聲速、波幅在高質量的混凝土中向缺陷區具有漸變性，對陰影臨界確定具有一定的難度。在缺陷區域產生變化的波幅、波速及波形等物理量，都能反映出缺陷，被認為是缺陷區域的臨界線。

4　數據分析判定

該方法在分析判定檢測數據過程中，通常分析各采樣點的有關參數測量值，再對整個剖面聲速及波幅等參數采用數理統計方法計算，對整個樁剖面的參數進行綜合分析，與PSD值結合進行綜合分析，再對橋梁樁身完整性進行甄別。在實際監測中對各測點聲波波形的采集工作相對比較復雜，主要還是依靠個人經驗對波形進行分析，應與聲學相關專業知識與實際經驗結合以實現更為準確的判定結果。在橋梁樁身剖面的檢測過程中，樁身若具有完整的混凝土，各檢測點具有相對規則的波形，直線聲時曲線沒有表現出明顯的折點，波幅一般不會發生較大程度的衰減。橋梁樁身某區域混凝土具有一些缺陷時，就會是聲時值顯著增大，相對差最大能達到20%左右，波幅的衰減程度也比較大。尤其是在橋梁斷樁及局部出現夾層是會明顯提高聲時值，聲時曲線也將產生較大的峰值，相對差最大可超過30%，波幅衰減較為明顯，波形不規則。對檢測灌注樁的數據進行時，提出采用PSD斜率法，可實現對發生夾層的準確定位，而對于一些較小的缺陷容易出現定性誤差，還要結合實際測量的聲速和波幅兩項參數進行分析判斷。混凝土出現離析、較多砂漿等情況時，聲速通常不高，但不具有較低的波幅，混凝土強度卻可能很高。聲速在低波幅時較高，一般是因混凝土中存在為數不少的氣泡，而不是出現較嚴重的質量問題。在聲速、波幅都突然發生降低的情況，才會發生諸如沉渣、夾泥及斷層等比較嚴重的缺陷問題。

結語

綜上所述，聲波透射法在橋梁樁基檢測應用中的準確度比較高，可實現對橋梁整樁結構全斷面自下而上的逐點進行檢測，不會漏判發生缺陷的任何部位，橋梁樁身結構的混凝土均勻性及發生缺陷部位、缺陷程度等問題可由檢測結果進行直觀反映，樁長和樁徑對檢測結果不會產生任何影響，對于檢驗橋梁樁基樁身的混凝土質量是相對其它方法而言具有更為明顯的科學性。

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