超聲波透射法在基樁檢測中的應(yīng)用

周志國 中交一公局土木工程建筑研究院有限公司

1 前言

近些年來各種各樣的高速公路和一級二級公路得到了進(jìn)一步建設(shè)，超聲透射法在這一過程中可以進(jìn)行有效的基樁檢測工作，文章從這一點(diǎn)出發(fā)，分析了相關(guān)工作內(nèi)容。

2 基樁檢測中超聲透射法應(yīng)用原理

由于中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家高速公路、鐵路、高層建筑等其他項(xiàng)目也在急劇增加，其中地下工程樁基是整個工程中的基礎(chǔ)。靜態(tài)樁基礎(chǔ)具有良好的機(jī)械性能，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，橋梁樁基已廣泛應(yīng)用于這些項(xiàng)目。在一般情況下，樁基礎(chǔ)工程是隱藏的地下工程，樁周土及樁之間的土壤很難精確控制，導(dǎo)致出現(xiàn)較多的樁質(zhì)量問題，因此，檢測工作是必要的。目前，中國橋梁樁基的完整性測試主要是無損檢測，由于聲波透射法廣泛的覆蓋率，信息量豐富，準(zhǔn)確、可靠、簡單的現(xiàn)場操作，進(jìn)展迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。應(yīng)力波傳播的一般規(guī)律是快，可在混凝土中傳播。

2.1 聲波透射法的基本原理

聲波透射法檢測樁基，第一，安裝的聲測管保持豎直平行，并且金屬聲測管中應(yīng)灌滿清水，傳感器、提升裝置和其他相關(guān)設(shè)備也應(yīng)正確安裝；第二，發(fā)射的超聲波，可以穿透基樁混凝土，并且利用接收傳感器檢測到信號。因?yàn)橛刑嗟目锥椿驓馀菰诨炷林校疫@些洞也很不均勻，所以當(dāng)超聲波在穿透的過程中，可以發(fā)生不同程度的折射、衍射等，接收設(shè)備接收到超聲波的振幅，波形變化，可以反應(yīng)樁基的完整性。

2.2 聲波透射法的現(xiàn)場檢測步驟

通過提升裝置可以對兩根聲測管中的換能器進(jìn)行準(zhǔn)確的提升、下降，達(dá)到同步升降的效果，換能器高度應(yīng)一致，儀器對采集到的信號進(jìn)行處理后，波形、波速、振幅、聲時頻率等聲學(xué)參數(shù)呈現(xiàn)在主機(jī)上，根據(jù)曲線圖像判定樁基的完整性。由于兩根聲測管只能反映出位于它倆之間的混凝土狀況，故應(yīng)對樁基的各兩兩聲測管進(jìn)行測試，以此反映樁基的完整性。若某一剖面出現(xiàn)異常，可通過加密測試相應(yīng)異常位置，確定異常位置和面積，且同一根樁基的測試過程中，儀器的各相關(guān)參數(shù)應(yīng)在檢測中保持不變，以此保證該樁測試數(shù)據(jù)的一致性。

2.3 檢測數(shù)據(jù)分析與判定

采用聲波透射法進(jìn)行樁基檢測判定樁基的完整性時，可以根據(jù)檢測結(jié)果及現(xiàn)場施工情況判定缺陷的類型及影響范圍。第一，如果各剖面的聲學(xué)參數(shù)和波形不存在異常點(diǎn)，可以判定此樁無缺陷；第二，如果波形或幅值有微小的變化存在，可以判定此樁存在微小缺陷；第三，如果幅值降低且同時聲時增大，則此樁可能出現(xiàn)蜂窩、麻面等現(xiàn)象；第四，如果幅值、波速很低，波形很弱甚至接近一條直線，則此樁夾層嚴(yán)重甚至極有可能斷樁。

3 超聲透射法的具體應(yīng)用

本文以某大橋?yàn)槔摌蛑穮^(qū)屬河流沖積階地地貌，地形平坦、開闊，場地內(nèi)多覆蓋卵石層。橋位區(qū)地表未見有落水洞、巖溶塌陷等不良地質(zhì)作用。鉆孔揭示橋位區(qū)覆蓋層主要為卵石層，整個場地均勻分布。基巖為中風(fēng)化灰?guī)r，厚層狀，區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性較好。橋位一帶淺層巖溶較發(fā)育，其形態(tài)主要以溶洞及巖溶掛壁等為主，洞內(nèi)一般部分充填卵石、黏性土及砂質(zhì)等。根據(jù)附近橋位的水質(zhì)分析結(jié)果，橋位區(qū)地下水及地表水具有微腐蝕。橋梁孔數(shù)29，下部結(jié)構(gòu)為鉆孔樁基礎(chǔ)，全橋均為嵌巖樁，共計124根。主要橋臺、橋墩樁長度10m～40m長不等，混凝土主要采用C30混凝土。在本文中，采用聲波透射法對10#墩的4根樁基進(jìn)行相應(yīng)檢測。

3.1 對聲測管進(jìn)行埋設(shè)

首先按照有關(guān)要求及相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對4根樁安裝相應(yīng)的聲測管，每根樁嵌入A、B、C三根聲測管，聲測管宜為金屬制成的鋼管，并使其成一個等邊三角形，三個金屬檢測管之間的距離是68cm。金屬聲測管應(yīng)采用鋼筋直接綁扎在樁基底部，它的外徑和內(nèi)徑分別為5cm和4.5cm，目的是確保換能器在金屬聲測管中可以正常移動。

3.2 第一次實(shí)施檢測

根據(jù)聲波傳播的規(guī)定及相應(yīng)的操作方法、程序和要求，本文分別對4根樁基進(jìn)行測試，若得到以下結(jié)果，1根樁明顯缺陷，其余3根樁是非常正常的情況下，其質(zhì)量狀況良好，后測定的屬于I類和II類的樁基礎(chǔ)在工程建設(shè)中它可以正常使用。有明顯缺陷的樁基礎(chǔ)，樁基范圍內(nèi)有明顯的瑕疵，可能有明顯的波形變化，振幅明顯減少，通過加密測試，得知是樁基礎(chǔ)的問題，此樁具有明顯的缺陷。所以這個樁屬于Ⅲ樁基樁，不能用于工程施工。

3.3 補(bǔ)強(qiáng)與第二次檢測

當(dāng)通過聲波透射法檢測的樁基出現(xiàn)問題后，涉及到的施工、設(shè)計、業(yè)主等各單位應(yīng)該進(jìn)行開會討論，討論此樁基出現(xiàn)問題的原因并給出解決方案。通常，可以現(xiàn)場取芯，查驗(yàn)芯樣是否存在夾泥等現(xiàn)象。經(jīng)測試后，如果在中心部分有明顯的缺陷，混凝土出現(xiàn)夾泥、離析狀態(tài)，這可以證明此樁符合前邊的檢測結(jié)果。因此，為了對工程負(fù)責(zé)，應(yīng)鑿除缺陷部分，若異常嚴(yán)重，則此樁應(yīng)沖掉重灌。若此樁的中心部分沒有明顯缺陷，只是混凝土局部離析，則可與多方單位協(xié)商后，通過高壓灌漿，加強(qiáng)混凝土的質(zhì)量。當(dāng)注漿完成后，可用超聲波儀再次檢測，且應(yīng)對于出現(xiàn)異常的位置進(jìn)行加密測試，如果發(fā)現(xiàn)通過注漿此樁的聲速、幅值、波形等聲學(xué)參數(shù)處于正常范圍，可以判定此樁為Ⅱ類樁，質(zhì)量合格，可以正常使用。

4 超聲波檢測樁基的注意事項(xiàng)

（1）每根金屬聲測管埋管之前必須確保互相平行對稱，換能器探頭可以自由在聲測管中移動。聲測管的布設(shè)根數(shù)是與樁基礎(chǔ)的直徑有關(guān)系的，當(dāng)樁直徑不大于800mm時，工程中一般布設(shè)2根金屬聲測管；當(dāng)樁直徑大于1600mm時，工程中一般布設(shè)4根金屬聲測管；當(dāng)樁直徑介于800mm～1600mm時，工程中一般布設(shè)3根金屬聲測管。此外，聲波透射法測試樁基完整性時應(yīng)兩兩聲測管分別測試。

（2）超聲檢測樁基完整性時，混凝土齡期必須達(dá)到14d以上，檢測之前應(yīng)先破除樁頭，破除后的樁頭表面應(yīng)光滑，如果有必要應(yīng)將樁基周圍土壤用水泥混凝土找平，破樁頭時要注意保護(hù)綁扎在鋼筋籠上的金屬聲測管，保證其不得落入混凝土渣等雜物。灌樁時應(yīng)注意聲測管內(nèi)不得漏入水泥漿，保證聲測管內(nèi)通暢，若影響換能器探頭放入聲測管底部，則應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)處理。

（3）金屬聲測管與樁基下構(gòu)的鋼筋籠應(yīng)加強(qiáng)捆綁，使其牢固地結(jié)合在一起，一般使用焊接或鐵絲綁扎，金屬聲測管的位置、長度、直徑及壁厚應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范和相關(guān)文件的要求，要特別注意金屬聲測管的內(nèi)直徑應(yīng)大于超聲波檢測儀的探頭外直徑，以確保有足夠的空間，使換能器探頭可以順利在聲測管內(nèi)部進(jìn)行自由升降。

（4）超聲波檢測儀由主機(jī)、傳感器、提升裝置等組成，檢測儀器應(yīng)委托具備檢定資質(zhì)的單位進(jìn)行檢定，并出具合格的檢定證書，且證書在有效期內(nèi)。在正式測試之前，應(yīng)先進(jìn)行儀器調(diào)零設(shè)置，確認(rèn)波形、波速、幅值、聲時等聲學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確正常。檢測過程中，換能器應(yīng)同步升降，高度一致。

（5）現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)盡量一次獲取波頻特性，橋梁樁基檢測應(yīng)選取合適的采樣頻率，盡量降低頻域和時域?qū)λ鶛z樁基的影響，此外，還應(yīng)考慮漏波及疊加波對所檢樁基的影響。

5 超聲波樁基檢測技術(shù)的局限性

由于超聲波檢測儀只能檢測到兩兩聲測管之間的混凝土狀況，對于擴(kuò)徑等缺陷檢測結(jié)果不明顯，具有一定的局限性，因此對于重點(diǎn)橋梁樁基還應(yīng)配合低應(yīng)變反射法檢測樁端支撐狀況，以此保證基樁承載力符合設(shè)計規(guī)范及地方相關(guān)要求。

6 結(jié)束語

了解鉆孔灌注樁的施工方法和知識內(nèi)容，會在一定程度上提高檢測的準(zhǔn)確性。在基樁施工過程中，檢測人員應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場地質(zhì)研究的主要特點(diǎn)和施工現(xiàn)場灌樁時的具體操作，對基樁進(jìn)行科學(xué)的測試和檢測，并對檢測結(jié)果進(jìn)行綜合分析。