聲波透射法在檢測樁基完整性中的應用研究

張建寧，王寶輝，景明成，孫照玉，林燕生（甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司，甘肅　蘭州　730000）

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聲波透射法在檢測樁基完整性中的應用研究

張建寧，王寶輝，景明成，孫照玉，林燕生
（甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司，甘肅蘭州730000）

摘要：對超聲波透射法樁基檢測的原理、測試方法及步驟進行了詳細闡述，并通過實際工程事例，詳細分析了如何利用檢測數據對樁身完整性進行判定，對相關工程有一定的借鑒意義和參考價值。

關鍵詞：超聲波透射法；樁基；完整性

1　概述

近些年來，隨著國家對基礎建設項目投入的不斷增加，在各類工程結構中，樁基作為其重要組成部分和主要的基礎形式被廣泛應用起來[1]。

混凝土灌注樁基屬于隱蔽性工程[2]，通常無法從外觀上可以看到樁基質量的好壞。由于施工現場環境或者施工管理等因素的影響，成型后的樁基樁身可能存在縮頸、夾泥、孔洞等多重有害缺陷[3]。據統計，在混凝土灌注樁基施工過程中出現質量缺陷的概率甚至高達20%以上，這在很大程度上影響了樁身的完整性和單樁的承載能力[4，5]，嚴重影響著工程建設進度和結構物的安全。因此，混凝土灌注樁基的成樁質量檢測己引起廣泛關注，準確地發現樁基中存在的隱患及危害，方便、快捷地對樁基的缺陷開展有效檢測及判斷，對工程項目建設的安全有序進行有著極為重要的意義。

2　超聲檢測原理及方法

2.1超聲檢測原理

超聲波是一種機械波，所以機械振動和波動是超聲測試的物理基礎，而且它又是彈性波測試方法中的一種，它的理論基礎是固體介質中彈性波的傳播理論。樁基聲波透射法是在樁內預埋縱向聲測管，管中充滿水作為耦合劑，將超聲脈沖發射探頭和接收探頭置于聲測管中，由儀器發出周期性電脈沖，通過發射探頭發射并穿透混凝土，被接收探頭接收并轉換成電信號。由儀器中測出超聲脈沖穿過樁體所需時間、接收波幅值、接收脈沖主頻率、接收波形及頻譜等參數。然后由數據處理系統根據判斷軟件對接收信號的各種參數進行綜合判斷和分析，實現對樁基內部各種缺陷的性質、大小、位置作出判斷，并給出混凝土總體均勻性和強度等級的評價指標。

2.2聲測管埋設及測試準備

2.2.1聲測管埋設

當樁徑不大于1500mm時，埋設三根管；當樁徑大于1500mm時，埋設四根管（如圖1所示）。

圖1　測管布置圖（注：圖中陰影為聲波的有效檢測范圍）

聲測管采用金屬管，其內徑應比換能器外徑大15mm，管的連接采用螺紋連接，且不漏水。聲測管應牢固焊接或綁扎在鋼筋籠內側，定位準確，并埋設至樁底，管口應高出樁頂面300mm以上，聲測管之間應保持平行，否則對測試結果造成很大影響，甚至導致檢測方法失效：聲測管兩兩組合形成的每一個檢測剖面。我們以樁頂面兩聲測管之間邊緣距離作為該剖面所有測點的測距，在兩聲測管相互平行的條件下，這樣處理是可行的。但兩聲測管不平行時，在實測過程中，檢測人員往往把因測距的變化導致的聲學參數的變化誤認為是混凝土質量差別所致，而聲參數對測距的變化都很敏感。這必將給檢測數據的分析、結果的判定帶來嚴重影響。

2.2.2檢測前的準備

1）被檢樁的混凝土齡期大于14d；2）聲測管內灌滿清水，且保持暢通；3）調查、收集待檢工程及受檢樁的相關技術資料和施工記錄，比如樁的類型、尺寸、標高、施工工藝、地質狀況、設計參數、樁身混凝土參數、施工過程及異常情況記錄等信息；4）在放置換能器前，先用直徑與換能器略同的圓鋼作吊繩。檢查聲測管的通暢情況，以免換能器卡住后取不上來或換能器電纜被拉斷，造成損失。有時，對局部漏漿或焊渣造成的阻塞可用鋼筋導通；5）用鋼卷尺測量樁頂面各聲測管之間外壁凈距離，作為相應的兩聲測管組成的檢測剖面各測點測距，測試誤差小于1%；6）測試時徑向換能器宜配置扶正器，尤其是聲測管內徑明顯大于換能器直徑時，換能器的居中情況對首波波幅的檢測值有明顯影響。

2.2.3現場檢測

1）平測普查(如圖2所示)。將多根聲測管以兩根為一個檢測剖面進行全組合。將發、收換能器分別置于某一剖面的兩聲測管中，并放至樁的底部，保持相同標高。

自下而上將發、收換能器以相同的步長（一般不宜大于250mm）向上提升。每提升一次，進行一次測試，實時顯示和記錄測點的聲波信號的時程曲線，讀取聲時、首波幅值和周期值。重點是聲時和波幅，同時也要注意實測波形的變化；

圖2　平測普查

圖3　斜測細查

2）對可疑測點的細測（加密平測、斜測、扇形掃測，如圖3所示）。通過對平測普查的數據分析，可以根據聲時、波幅和主頻等聲學參數相對變化及實測波形的形態，找出可疑測點。

對可疑測點，先進行加密平測（換能器提升步長為10～20cm），核實可疑點的異常情況，并確定異常部位的縱向范圍。再用斜測法對異常點缺陷的嚴重情況進行進一步的探測。斜測(如圖3（a）所示)就是讓發、收換能器保持一定的高程差，在聲測管內以相同步長同步升降進行測試，而不是象平測那樣讓發、收換能器在檢測過程中始終保持相同的高程。斜測又分為單向斜測和交叉斜測（如圖3（b）所示）。由于徑向換能器在鉛垂面上存在指向性，因此，斜測時，收、發換能器中心連線與水平面的夾角不能太大，一般取30°～40°。

3　工程實例

某工程采用沖孔灌注樁基礎，設計樁徑Φ1500mm，樁身混凝土設計強度等級為C25，該缺陷樁施工樁長39.40m。

檢測結果（如圖4所示）：該受檢樁樁身混凝土在0.00～2.0m，聲速、幅值均低于臨界值，PSD曲線畸變，缺陷處實測波速與平均波速偏離200m/s左右，缺陷處實測幅值與平均幅值偏離10dB左右。缺陷處首播波形與正常混凝土相位相反，推斷該處混凝土鋼筋保護層厚度偏低，局部漏筋。

圖4　缺陷部位漏筋

4　結論

通過結合跨孔超聲波透射法在樁基檢測的工程實際，可以發現：1)跨孔超聲波透射法是檢測混凝土內部質量的一種有效方法，它可以詳細查明樁身內部混凝土質量的變化情況，具有較高的準確度和分辯率，檢測效果明顯；2)跨孔

超聲波透射法能檢測沿樁身長度的任意一個截面的質量，尤其對大樁徑和超長樁，比動測法反映樁基質量更細致、更精確；3)混凝土質量超聲波檢測的應用，為混凝土的質量處理提供了可靠的依據。

參考文獻:

[1]蔡裕恩.超聲波透射法在混凝土灌注樁檢測中的應用[J].物探與化探,2005,29(3):276-278.

[2]沈忠武.鉆孔灌注樁施工中鋼筋籠偏位及斷樁的處理方法[J].鐵道工程學報,2009(5):12-15.

[3]張存亮,張存明,席建濤,等.跨孔透射法在灌注樁檢測中的應用[J].混凝土,2011(7):148-150.

[4]趙柏冬.單樁承載力的測定及研宄[J].遼寧工程技術大學學報,2002,21(2):171-173.

[5]周明星,程寶輝.橋梁基樁豎向承載力檢測技術發展現狀及展望[J].橋梁建設,2009(z2):l-6.

中圖分類號：TU473.1