超聲波透射法在基樁檢測(cè)中的應(yīng)用研究

林兆祥

摘要：近年來(lái)為了滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)得快速發(fā)展，土建建設(shè)在其中充當(dāng)了重要角色。而交通基礎(chǔ)建設(shè)尤為明顯，近年來(lái)投入不斷增大，越來(lái)越多的高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)及以下等級(jí)的公路建設(shè)均在如火如荼地日益展開(kāi)，本文主要從超聲波透射法用于基樁檢測(cè)的原理及超聲波透射法在基樁檢測(cè)中的運(yùn)用等方面進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：基樁檢測(cè)；超聲波透射法；原理；運(yùn)用

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的鐵路、公路、高層建筑等工程數(shù)量逐漸增加，這些工程中樁基礎(chǔ)因力學(xué)性能好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。樁基礎(chǔ)施工一般屬于比較隱蔽的施工項(xiàng)目，所以不同項(xiàng)目不同施工單位所采用的施工方法都有所差異，從而導(dǎo)致基樁檢測(cè)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的概率也大幅度的提升。其中超聲波透射法由于具有檢測(cè)可靠、使用方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、測(cè)試成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程檢測(cè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

一、超聲波透射法用于基樁檢測(cè)的原理

超聲波在混凝土中的傳播遵循彈性波傳播規(guī)律，同時(shí)需要潔凈的清水作為傳播的耦合劑，但由于清水介質(zhì)的剪切彈性模量為零，無(wú)法傳遞橫波，因此超聲波用于基樁檢測(cè)中的為縱波分量。超聲波檢測(cè)時(shí)需要在基樁的聲測(cè)管內(nèi)設(shè)置好接收（發(fā)射）裝置，由于所發(fā)射出去的聲波會(huì)朝著許多種路徑進(jìn)行不斷的傳播，而不同的路徑傳播的超聲波所因?yàn)槁暅y(cè)管最初安置時(shí)因?yàn)榛炷恋財(cái)D壓、導(dǎo)管地碰撞、安裝的誤差等因素，從而導(dǎo)致達(dá)到的接受裝置的時(shí)間會(huì)存在差異。如基樁完整性好，超聲波傳遞的路徑則為兩兩裝置探頭之間的距離；如基樁完整性出現(xiàn)斷裂或是離析等問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土的連續(xù)性發(fā)生破壞，超聲波傳播的路徑也將會(huì)變得復(fù)雜多變。除此之外，在傳播過(guò)程中若超聲波遇到混凝土缺陷時(shí)，其表面還會(huì)出現(xiàn)反射或者是散射，從而導(dǎo)致超聲波能量受損，進(jìn)而影響接收裝置收到的信號(hào)波速和聲幅降低。

通過(guò)對(duì)上述相關(guān)的分析可以看出，一旦混凝土基樁存在問(wèn)題，接受裝置收到的超聲波信號(hào)會(huì)發(fā)生波形畸變、聲幅以及波速減小，頻率變化等特征。超聲波透射法就是依據(jù)以上所述的聲學(xué)特征，再加上斜率法（PSD）相互結(jié)合，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，判斷基樁缺陷的范圍和位置，進(jìn)而對(duì)基樁的完整性質(zhì)量進(jìn)行判定。

二、超聲波透射法在基樁檢測(cè)中的運(yùn)用分析

（一）樁內(nèi)單孔透射法檢測(cè)

在某些特殊施工條件下，導(dǎo)致可用檢測(cè)通道的數(shù)量可能會(huì)受到限制，有時(shí)候只有一個(gè)通道可以用來(lái)檢測(cè)，如混凝土鉆芯取樣后需要檢測(cè)孔道周?chē)炷恋馁|(zhì)量，那么可以采用單孔檢測(cè)法進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)。將換能器放置在一個(gè)孔內(nèi)，兩個(gè)換能器之間可以使用隔聲材料進(jìn)行分隔，發(fā)射換能器所發(fā)射出的超聲波通過(guò)水進(jìn)入到孔壁混凝土表層，表層滑行一段后到達(dá)兩個(gè)換能轉(zhuǎn)換器上，進(jìn)而獲得各項(xiàng)所需要的聲學(xué)參數(shù)。一旦在采用這種方式進(jìn)行檢測(cè)時(shí)必須要用到信號(hào)分析技術(shù)，并且盡最大程度的排除其他的干擾因素。但需要注意的是，如果孔道內(nèi)設(shè)置了鋼制套管，便不適宜用此方法。

（二）樁外孔透射法檢測(cè)

一旦基樁結(jié)構(gòu)開(kāi)始施工或者是基樁內(nèi)沒(méi)有能用的換能器通道時(shí)，可以對(duì)樁邊的土層進(jìn)行鉆孔并且可以將其作為檢測(cè)通道。與此同時(shí)，也可將功率較大的平面換能器放置在樁頂處，并在樁外孔中由上而下將接收換能器緩慢放下。這時(shí)自上而下沿樁身傳播的超聲波會(huì)將穿透樁與孔之間的土層，通過(guò)孔中耦合劑進(jìn)入接收換能器，進(jìn)而獲得每個(gè)超聲波測(cè)點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)，而依據(jù)聲學(xué)參數(shù)的變化就可初步判定基樁的質(zhì)量。但這種方法受超聲波能量的限制，可測(cè)的基樁長(zhǎng)度不長(zhǎng)，一般情況下只能進(jìn)行短樁的縮頸、斷樁、夾層等粗略判定。

（三）樁內(nèi)跨孔透射法檢測(cè)

采用樁內(nèi)跨孔透射法須在基樁內(nèi)埋設(shè)聲測(cè)管，等待管內(nèi)充滿(mǎn)水后，將接收和發(fā)射換能器分別放置在聲測(cè)管內(nèi)，在檢測(cè)時(shí)由發(fā)射換能器發(fā)出超聲波并且經(jīng)過(guò)兩管之間的混凝土而到達(dá)接受換能器。另外，根據(jù)場(chǎng)地情況的不同，可以采用不同的測(cè)試方法來(lái)獲取聲學(xué)參數(shù)，并且可以根據(jù)各種聲學(xué)參數(shù)的變化來(lái)確定混凝土的質(zhì)量。

三、聲測(cè)管的埋置與安裝

根據(jù)基樁直徑選擇埋設(shè)方法是非常必要的。當(dāng)基樁直徑小于800mm時(shí)，可以埋設(shè)兩根管；當(dāng)基樁直徑為800～1500mm時(shí)，可用等邊三角形鋪設(shè)三根管；當(dāng)基樁直徑大于1500mm時(shí)，可以采用正方形鋪設(shè)的方式埋設(shè)4根管，并且埋設(shè)的管子盡可能的達(dá)到平行；當(dāng)基樁直徑大于2500mm時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加預(yù)埋聲測(cè)管數(shù)量。但在施工中不可避免地存在位移，應(yīng)盡可能的控制。在安裝聲測(cè)管時(shí)，應(yīng)將其固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，應(yīng)用鋼絲做好綁扎固定。鋼質(zhì)聲測(cè)管每隔2m設(shè)置一個(gè)固定點(diǎn)，并要將其焊接在架立筋上，確保其不會(huì)發(fā)生偏移。

四、超聲波透射法在基樁檢測(cè)中的分析處理

（一）聲速臨界值法

把同一剖面的聲時(shí)值從大到小依次排序后，按下式計(jì)算：

Vo=vm-λ·Sx

式中：n為測(cè)點(diǎn)數(shù)；k為從零開(kāi)始去掉的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；Vm為（n-k）個(gè)數(shù)據(jù)的平均值；Sx為（n-k）個(gè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差λ為與（n-k）相對(duì)應(yīng)的系數(shù)；Vo為異常判斷值。當(dāng)參與統(tǒng)計(jì)聲速有小于Vo數(shù)據(jù)，則去掉小于Vo的數(shù)據(jù)，重新按上式計(jì)算，直到剩余的全部數(shù)據(jù)均大于Vo時(shí)，Vo可作為異常判斷臨界值Vc；所有數(shù)據(jù)中小于Vc的數(shù)據(jù)，均可判定為異常。

（二）聲陰影重疊法分析

當(dāng)超聲波通過(guò)基樁缺陷區(qū)域時(shí)，缺陷背面的聲波強(qiáng)度將會(huì)降低，并會(huì)出現(xiàn)聲輻射陰影區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)接收到的聲波幅度降低、聲時(shí)變大、波形出現(xiàn)畸變，若沿著兩個(gè)不同的方向進(jìn)行基樁檢測(cè)，可以獲得不同的陰影區(qū)，兩個(gè)方向陰影區(qū)重疊部分即為缺陷區(qū)的確切位置。由于超聲波在混凝土傳播過(guò)程中發(fā)生的折射和反射使得陰影區(qū)的邊界不清晰，這時(shí)就需采用頻率、波幅、聲時(shí)等參數(shù)進(jìn)行綜合判斷，由于波幅的敏感性最強(qiáng)，判斷時(shí)應(yīng)給予較高的“權(quán)數(shù)”。當(dāng)需要明確混凝土基樁橫截面缺陷的準(zhǔn)確位置，就需要采用多個(gè)測(cè)向檢測(cè)，并將不同的測(cè)向陰影區(qū)進(jìn)行疊加，重疊區(qū)就是混凝土基樁的缺陷區(qū)。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，超聲波透射法基樁完整性判定標(biāo)準(zhǔn)綜合了聲速臨界值法、聲陰影重疊法，可以為工程處理提供依據(jù)，同時(shí)檢測(cè)人員對(duì)聲測(cè)管埋置方法的了解程度也將是檢測(cè)準(zhǔn)確度的影響因素。因此，檢測(cè)人員應(yīng)通過(guò)聲波透射法科學(xué)檢測(cè)，再加上施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)特征以及施工單位對(duì)基樁施工進(jìn)程中的具體情況等相結(jié)合，全面分析缺陷的原因，以此可對(duì)施工具有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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