聲波透射法在橋梁樁基缺陷檢測中的應用研究

李鵬 王育鋒

摘 要：隨著現代社會經濟建設的不斷發展，樁基在交通領域的作用也日益凸顯，然而樁基工程作為隱蔽工程，在施工過程中所受到的不確定性因素較多，樁基的安全性以及其施工的質量也越來越受到關注。聲透射法檢測樁基能夠迅速的、準確的、經濟的發現缺陷位置、大小、類型等參數而得到廣泛的應用。為此，本文基于聲波透射法的工作原理，結合具體案例，對其檢測應用效果進行了分析與探討。

關鍵詞：聲波透射法;橋梁樁基;檢測結果

1 聲波透射法的工作原理

聲波透射法的原理主要是通過在樁的一側發射探頭把電能迅速轉化成聲波等機械能，利用探頭發出的超聲波可穿透混凝土樁的性質，在混凝土樁的另一側，用接收探頭接收超聲波并將超聲波還原處理成電信號同時做放大處理到可在示波器上清晰顯示的程度，數碼顯示器可清晰顯示聲波的歷時并將打印數值。結合所探測的混凝土厚度、發射與接收探頭的距離及超聲波脈沖發出與到達時間，可以計算得到超聲波在混凝土樁內的傳播聲速。

利用計算得到的超聲波聲速可以對樁身混凝土的質量進行直接判斷，得到的超聲波波速越大說明混凝土越密實;聲速越小則說明混凝土越松散，或是聲波脈沖傳輸路徑中存在缺陷，如孔洞、裂縫、離析等。通過這一方式能夠對樁身混凝土的完整性與質量加以較好的檢驗。

聲波透射法檢驗樁身質量的主要內容是將測管預埋在樁身中并將測管的下端口密封。利用聲波投射法進行測試時，首先把耦合劑（通常采用水或機油）灌入管內并充滿，隨后將聲波發生探頭和聲波接收探頭分別放置在預測管內不同高度，保持一定的高度差。

測試中保持2個探頭同時下降或上升。測試可以選擇自動法或者手動法，若選擇自動法，則需要將聲波探頭沿樁長提升或下降1次;如果選擇手動法，則需要在探頭提升一定距離后進行1次檢測，以取得波速沿樁長的變化曲線。在正?；炷翗吨新暡ǖ膫鞑ニ俣仁牵?200～4000m/s，如果傳播過程中遇到的混凝土存在一些缺陷，那么聲波就會出現衰減的情況，有些聲波會跳過缺陷傳播，這就在一定程度上延長了傳播時間，使波速減小，這種情況可稱之為漫射現象。

如果傳播過程中遇有空洞的空氣界面，就會出現反射和散射，這會減小聲波傳播的波幅。導致混凝土無法連續的這些缺陷最終導致聲波的傳播路徑復雜化，波形畸變。因此，超聲波在存在孔洞、裂縫等缺陷的混凝土中傳播時，則超聲波波幅會較正常波幅大幅減小，聲時會加大，波形發生畸變情況。

2 聲波透射法在橋梁樁基缺陷檢測中的應用要點

1）設備儀器選擇。在具體應用過程中應對其儀器設備進行選擇設置。其中，聲波透射法中的收發換能器主要負責其聲波發放、接收任務。其具體參數設置如下：第一，該儀器設備的外徑小于測管內徑，有效工作段長度不大于150mm;第二，該諧振頻率要設置在30-50kHz，且水密性滿足1Mpa水壓不滲水;第三，聲波透射法中的設備檢測儀器需要具有一定的可視性、顯示功能。可以實時顯示與自動信息記錄檢測;第四，該儀器設備系統頻帶寬度應設置為1kHz～250kHz上下之間，且最小采樣相關間隔需小于0.5μs，其測量誤差率應小于3%。

2）聲測管埋設。在聲測管埋設置中一定要注重其科學性、合理化。具體如下：當樁徑小于等于800mm時，根據實際情況與具體要求埋設2根以上的聲測管;該樁徑應在800mm-1600mm之間。此時應該埋設4根以上聲測管器材;當樁徑大于2000mm時，可以預埋4根以上的聲測管。同時，聲測管內徑宜50-60mm。對聲測管布置，需要對其進行沿樁身通長設計，且對其下端進行封閉，目的是保障其焊接質量，防止混凝土跑漿至聲測管內。在進行混凝土澆筑之前，一定要對聲測管進行有效加固與綁定，保證其各個聲測管的有效平行。

3）現場檢測要點。第一，對聲測管暢通實際情況進行檢測，先對聲測管進行清水注滿，并將其收發換能器安放在不同設備聲測管當中去。第二，平測中，收發換能器在進行提升流程一定要與中其保持深度一樣;第三，斜測中，收發換能器進行提升流程中一定要對其高差進行保持，其兩個相關換能器連線同其水平角度應小于40°。在其進行質量檢測當中，一旦發現其記錄信號中程曲線產生異常變化，可以對其聲測線及運用斜測、扇測等手段等進行增加，為排除其非樁身原因造成的異常變化奠定基礎。

4）數據分析。在選擇聲波透射法對其樁基進行檢測中，主要以采集獲得的聲速、波幅、聲時等相關參數進行分析，將樁身混凝土的質量問題進行充分體現;同時，也可以選擇計算聲時的方法，即在深度曲線上相近兩點連線中的斜率及聲時差統計，并對其進行乘積PSD，最后進行其質量確定。在其實際測量中一旦發現其參數出現明顯差異，可認定該樁身中的質量存在嚴重問題。另外，在對樁基質量檢測過程中，可以綜合以下方法，例如：平測法、扇測法、斜測法等技術手段。進而為樁身缺陷的主要情況及情況程度進行判定。當然，也可能發生該聲測管出現不平行等情況，主要是該樁身質量出現問題引發的聲學參數異常變化，進而會對從檢測實質結果造成波及。出于保證檢測結果的科學性、精準性角度出發。一定要對其進行規范糾正。最后，一定要結合該工程地質實際情況、施工技術、施工規范標準及采集信息數據等，為樁身的完整性進行科學、合理劃分，結合各種因素進行全面判定。

3 案例分析

該橋梁工程樁基采用混凝土進行灌注，混凝土強度為C30，工程共灌注421根樁，樁徑為1000mm，樁長28m。根據巖土工程勘察報告，該工程地層情況如下：

1）雜填土，平均厚度為3.47m，雜色，松散，土質不均，主要成分為碎磚碎石混粉土，局部為混凝土地坪。2）粉土，平均厚度為5.36m，灰黃色，濕，稍密中密，含云母碎片，搖振反應迅速，無光澤反應，干強度和韌性低。3）黏土，平均厚度為5.89m，灰黃色，可塑，含鐵錳質浸染和少量鈣質結核切面光滑，韌性和干強度中等。4）粉質黏土，平均厚度為8.74m，灰黃色，可塑，切面稍光滑，韌性和干強度中等。5）粉土，平均厚度為6.86m，灰黃色，濕，中密密實，含云母片，搖震反應迅速，無光澤反應，韌性和干強度中等。6）粉砂，平均厚度為5.69m，灰黃色，飽和，密實，顆粒級配差，含云母碎片，偶見砂盤，粒徑2-7cm，偶見貝殼碎片。7）黏土，平均厚度為4.88m，灰綠色，硬塑，含鐵錳質浸染和鈣質結核，切面光滑，韌性和干強度高。

本次檢測主要檢測樁身完整性和均勻性，一共檢測了30根樁基，樁徑有三種，800mm，900mm，1600mm，樁長分別為6m，4m，8m。檢測工作參照現行基樁檢測技術規范，本文選取了其中2根樁基的檢測數據進行分析，分別是1號基樁和2號基樁。

第一，1號基樁樁長7m，當以聲速作為判據時，根據檢測數據可知，樁身上部1.4m及2.1m處聲速明顯低于臨界值4.084km/s。當以聲幅作為判據時，其值也低于聲幅臨界值88.4dB，并且聲時明顯變長，PSD曲線發生突變，由此可以判斷出這兩處可能存在一定缺陷。5.9m～6.6mPSD曲線和聲波聲幅異常情況較嚴重，初步判斷存在缺陷，缺陷可能是由于混凝土離析出現粗骨料大量堆積細骨料較少造成的，該樁屬于Ⅲ類樁。第二，2號基樁樁的聲速以及聲幅都不大于臨界值，PSD曲線沒有發生突變，由此判斷該樁的樁身完整性較好，屬于Ⅰ類樁。

相較于其他的樁身完整性檢測方法，聲波透射法實時反映樁內各點的聲時聲速波幅等數據，克服了受樁長限制的缺陷，并且檢測時對樁身無損傷，檢測結果準確可靠，因此得到高度認可和廣泛應用。

4 結束語

綜上所述，樁基是橋梁工程的基礎，屬于隱蔽工程，在施工條件、地質環境、機械設備等眾多因素的制約下，很容易出現斷樁、離析、縮頸等樁基病害，這些病害將會對樁基耐久性、承載力造成嚴重影響。若無法及時、有效地對相關病害進行檢測與處理，勢必會危害整個橋梁結構的安全。基樁的完整性無損檢測方法有很多種，常使用的方法有低應變法、高應變法、聲波透射法及鉆芯取樣法。其中，聲波透射法以其靈敏度高、速度快、成本低等優點在橋梁樁基缺陷檢測中使用最為頻繁。

參考文獻

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