論超聲波透射法在鉆孔灌注樁完整性檢測中的應用

張清政

（四川川交路橋有限責任公司， 四川 廣漢 618300）

使用鉆孔灌注樁作為橋梁的樁基，在充分發揮混凝土的承載作用的同時，還由于樁身一次性完成混凝土澆筑，受到混凝土水化熱等反應的影響，深埋在地下的混凝土樁基礎，會出現裂縫等質量問題，同時還會受到自然土體作用力，致使樁基礎出現質量缺陷，嚴重威脅到橋梁的穩定性。為保證樁基礎的完整性不被破壞，采用超聲波透射法對樁基礎進行檢測，利用超聲波原理，只需穿透混凝土樁內部結構，通過聲學參數的變化即可判斷出存在的問題，包括位置、范圍以及破壞程度等。

1 超聲波透射法的檢測原理、方法

1.1 超聲波透射法檢測原理

混凝土是由水泥、粗細骨料等不同物質制作而成的復合型材料，完成混凝土制拌后，需要及時完成澆筑，混凝土在澆筑后會隨著時間的延長，自身的強度也會不斷的增強。混凝土的聲學參數，是由聲波傳播速度、接受信號主頻以及首波幅度值等組成，在混凝土的制作工藝、材料等內部質量處在恒定的狀態，才能獲得穩定正確的聲學參數，并且聲學參數呈正態分布狀態[1]。若混凝土樁基礎內部存在質量問題或者缺陷，如空洞、裂縫等，會嚴重破壞混凝土樁基礎的整體性，此時利用超聲波透射法進行檢測時，會獲得較大的聲波值，但是波幅和頻率值會降低至正常值以下。

使用超聲波透射法對混凝土樁基礎進行檢測時，需要施工人員預先在鉆孔灌注樁位置預埋檢測通道，使用發射換能器深入到通道內，向混凝土發出超脈沖信號，信號經混凝土發射后傳輸至儀器，儀器會記錄聲波、主頻以及首波波幅等參數。在混凝土內部傳播的信號，信號會經過一系列的反射和折射等過程，通過上述過程，波形、主頻以及信號傳輸的時間會發生變化，對出現的變化進行分析，即可掌握混凝土存在的質量問題。通常會在混凝土的四周，配置高度相同的探頭，探頭發射和收集信號，可以及時檢測出混凝土密實情況。

超聲波透射法檢測方法

在混凝土鉆孔樁施工的準備階段，施工人員在預埋檢測通道的同時，還應完成以下工作：首先，為獲得儀器準確的延遲時間，檢測人員應使用標定法，確定延遲時間；其次，檢測人員應對耦合水層、聲測管聲時等修正值進行計算，并作為預先數據用于混凝土檢測工作；三，檢測人員應向檢測通道內注滿水，檢查通道是否通暢，完成檢查后，需要使用換能器在通道進行升降操作，避免換能器無法正常使用；四，檢測人員應確定管外壁與聲測間的距離。

在完成準備工作后，檢測人員應按照以下流程開始檢測：一，利用深度標志，將發射探頭和接受聲波換能器，放置在不同的通道內，并保證在兩個通道內兩種裝置高度一致，通常情況下兩種設備的累積高差應控制在20mm以內，并且每個檢測點間的距離應保持在250mm以內；二，檢測人員應記錄接收到的信號，并繪制出信號的曲線狀態，同時完成聲時、周期值以及首波峰值的讀取和記錄工作；三，將同一檢測剖面的聲測管內，將檢測儀器放置在相同的高度，然后對剖面開始檢測；四，為獲得準確的檢測數據，檢測人員應對樁身可疑的質量區域進行加密檢測。

2 超聲波透射法關鍵技術

2.1 智能采集系統

采用傳統的鉆孔灌注樁檢測方法，需要在采集系統內，通過人工或者一發一收的方式開展檢測工作。若需要采集大量的數據，并且與CT系統相連，很難使上述方法在使用中獲得良好的實際效果[2]。CT智能采集系統，借助智能技術擺脫人工操作的束縛，并且擴大采集數據的容量，在系統內配置換能器，由傳統的一發一收轉變為一發多收，尤其是在確定側線定位過程中，依托智能化技術快速進行。換能器進行一發多收操作過程中，通過一個壓電環進行一發的操作，若增加多個壓電環，可以進行多發操作，此時接受的數據會成倍增加，有助于提升采集數據的效率。在數字定位操作過程中，現階段廣泛使用第五代聲測儀，該儀器利用電子計數的方法，既能準確的定位，還能提升定位的效率。換能器發出電子定位數據，檢測人員使用動滑輪將電纜引入到檢測區域，根據動滑輪的圈數，即可確定換能器移動長度，從而獲得數字定位。

2.2 智能自判系統

在檢測混凝土樁基礎過程中，聲波在混凝土內部傳播距離使用的時間作為聲時。利用智能自判系統，通過數學方法，包括極值和方差等，以便獲得聲時數據。使用極值和方差方法，確定聲時的過程較為簡單快速，若受到自然環境等因素的影響，無法獲得準確的聲時。使用超聲波CT檢測設備，既能提升聲時的檢測精度，還能獲得較多的數據，在單位時間內快速處理大量的數據。使用智能自判系統對鉆孔灌注樁進行檢測，依照滑動平均原理為基礎，借助波形數據確定混凝土存在的質量缺陷。檢測人員在獲得波形數據后，會對波形數據進行分類處理，以便確定正確的波形后，將每個數據點進行連接，通過連續性具有的平均化特征，確定聲時在缺陷區域內變化[3]。通過平均化特征還能獲得濾波效果，有助于提升復雜數據的運算能力，還能充分發揮單片機的高精度、高工作效率的運算作用。

2.3 CT成像系統

在CT檢測系統中，CT成像系統是重要結構，對檢測過程中產生的走時數據，利用成像系統的正演、反演等過程，獲得走時數據的路徑的同時，還能確定走時數據的傳播速度，將傳播速度轉換為二維速度，均衡速度的分布狀態。通過正演的方式確定走時數據，需要使用到打靶法，該方法不僅快速確定走時路徑，獲得準確的路徑方向，還能對復雜的數據進行正演。在對數據進行反演時，檢測時應使用模擬退火算法，使用該算法可確定能量函數模型，根據模型即可驗證出走時數據的真實性。

3 超聲波透射法在樁基完整性檢測中的有效應用

以某大橋工程應用超聲透射法，檢測鉆孔灌注樁為例，該大橋全長為8.53km，使用超聲波透射法檢測的區段，在樁頂以下的6.5-7.5m進行。通過對樁基礎進行檢測，獲得的圖像按照網格的方法進行劃分，若網格內存在相同的介質，此時聲波只會在網格的邊界出現。使用打靶法通過正演的方式，確定聲波折射的路徑后，利用模擬退火法，可模擬出聲波傳輸速度分布狀態下的圖像。對樁基礎形成的剖面圖進行觀察發現，在圖像的左側區域內發現速度較慢，證明該區域內混凝土存在缺陷。通過對該區域進行鉆芯試驗可知，該區域內混凝土夾雜較多的泥土。使用超聲波透射法檢測鉆孔灌注樁的完整性，只需借助探測儀器，根據儀器接收到的信息繪制出聲波的路線圖，通過圖像中的變化，可確定混凝土存在的缺陷的位置、程度等，并且無需破壞混凝土樁基礎。

4 結語

綜上所述，在應用超聲波透射法檢測鉆孔灌注樁完整性過程中，使用儀器布置在樁基礎的四周，通過儀器發射和接收信號，可根據聲時、聲波以及主頻等參數的變化，可以準確確定混凝土存在的缺陷，并且其位置、影響范圍，都能準確的通過圖像表達出來，保證混凝土的完整性，避免對樁基礎的破壞影響到工程質量。現階段在橋梁工程中，已經廣泛使用超聲波透射法對樁基礎進行檢測，并且形成完整的檢測流程，檢測人員依照流程嚴格的操作，既能降低受到自然環境等因素，影響到檢測的真實性，還能對存在可疑的位置進行加密檢測或者復測，以便提升檢測的整體水平，防止出現漏檢等情況影響到工程的安全性和穩定性。