超聲波透射法在樁基檢測中的應用研究

吳秀娟

（廣東省公路工程質量監測中心，廣東 廣州 510000）

超聲波透射法可通過聲波的有效傳輸，透過樁基的建筑材料進行全面的數據傳遞，將聲波傳輸所形成的關鍵信息反饋給工作人員進而了解更多內容。此方式便于了解建筑材料的穩定性和堅韌程度，利用聲波頻率和速度真實呈現出材料結構，一方面可以查看建筑完整程度，另一方面，可以發現樁基結構存在的不足。

1 超聲波透射法樁基檢測的應用概述

1.1 檢測方法

選擇超聲波透射法進行樁基檢測，需將超聲波脈沖發射換能器和接收換能器提前放在樁基內部事先準備好的聲測管中，通過在聲測管中注入清水進而實現換能器和聲測管的耦合，最終達到檢測樁基的目的。使用發射器和接收換能器實現水平同步測量，分別采集各測試點聲時、波幅等重要物理量。

1.2 檢測原理

在連續性比較好無缺陷混凝土建筑中超聲波以直線的形式進行傳播，若混凝土存在缺陷超聲波接觸到缺陷位置就會出現反射、折射和環繞等現象，造成其能量逐漸減弱、頻率降低、波頻譜產生差異、波形出現畸變，接收的聲波參數發生明顯的變化。根據對波速、波幅、頻率變化的分析，可初步推斷出混凝土結構內缺陷的性質、位置和面積，實現對樁身混凝土總體均勻程度的判斷。

1.3 檢測參數

聲速測試值比較穩定、存在重復性不容易受到非缺陷因素的影響，是判斷混凝土質量的主要參數，但是，其對缺陷的敏感程度不如波幅大，聲速大小還能反映出砼強度的高低，影響砼超聲波聲速的影響因素比較多，包括品種、質量、砂率等等，目前聲速僅僅作為樁基強度的估測參考。

研究對象為接收波的波幅，就是波的第一個前半周期又稱為首播波幅。通常情況下，發射波強度比較穩定時，超聲波傳播的情況可以被波幅測值直接反映出來，遇見缺陷時變化比較明顯可作為聲速判斷的補充，也是進行綜合判定的主要參考之一。通常情況下，波幅比較容易受到一些非缺陷因素的影響，不可以僅憑波幅的變化情況對其進行判斷。

波形就是波的圖像，其作為評判砼質量的要素對缺陷比較敏感（尤其前兩個周期的波形變化）是實施綜合判定的重要因素，但其一定程度上容易受到非缺陷因素的影響只能作為輔助參考條件，在某個測點處psd數值出現變化時需根據該測試點附近的波幅檢測對其進行分析。

主頻變化主要反映出超聲波在混凝土中遇見缺陷部位而發生的衰退，間接反映出混凝土當時的質量是判斷砼質量的重要參考。

2 超聲波透射法在樁基檢測中的應用

超聲波透射法依照超聲波換能器的通道在樁基內不同的常見設置形式有以下三種。

2.1 樁基內單孔透射法

只有一個孔道時進行的實時監控，若一項工程完成鉆孔取芯后需要明確周圍混凝土的質量，此時，單孔檢測法就是鉆芯檢測的補充方式。采取單孔檢測可以將一個換能器擺放在孔內，隨即采取專門的雙收式換能器或者使用隔聲材料對其進行隔離。

超聲波從開始發射換能器后經過耦合水進入混凝土表面或者孔內部，在混凝土上滑行一定距離后，再次經過耦合水進而路過兩個換能器，就能測量出超聲波平沿著孔壁進行傳播時的各類數據參數。使用此方式還需注意使用信號分析技術盡量將測量內壁的干擾因素排除，鋼管會影響聲波在孔壁混凝土中的繞行方式，如果孔道中有鋼管等材料，就不可以使用此方式。

2.2 樁基樁外孔透射法

進行樁基內部不具備轉換器的通道或者之上部分的施工時，施工人員可以把基樁外部的土層鉆孔當作檢測通道。實施檢測的過程中，需在樁頂部平面放置一個發射功率比較大的轉化器，此時接收轉化器就能從樁外的孔中由上而下緩慢放下來，超聲波沿著樁身的混凝土向下傳播的過程中會穿過孔和樁基中間的層次面，隨后經過孔中的耦合水來到接收轉化器中，完成此過程就可以基本測出超聲波的聲學參數值并根據發出的信號判斷樁基的原本質量。但是，此方式測量樁基長度時存在一定的限制，超聲波一般情況下在土壤中的衰弱得很快，其只能大概判斷出夾層、斷樁和局部界面縮短的情況。

2.3 樁基內跨孔透射法

樁身質量檢測的主要形式包含樁內跨孔透射法，在樁內頸上安裝兩根以上的聲測管后裝滿清水，把具有發生和接收兩種功能的換能器放在其中。樁基檢測時使用透射法超聲波從發射換能器開始，連續穿過兩個聲測管之間的混凝土就會被相應的接收器接收，脈沖聲波從發射換能器回到接收換能器所輻射到的面積就是得到實際的有效檢測范圍。此外，跨孔檢測法可以根據兩個換能器之間的高度差異而劃分為扇形掃描檢測、平面掃描檢測和交叉傾斜檢測等方式。結合樁基的實際情況選擇不同高度測試方式，依據聲學參數值及波形圖的變化進行樁身混凝土強度和質量的判斷，以靈活的形式促使工程完成得更好。

3 超聲波檢測選材和聲測管預埋工作

預先掩埋一部分檢測通道可使換能器更快地到達需要檢測的位置，使用超聲波進行檢測的過程需在混凝土灌注之前開始預埋聲測管，隨著混凝土的變化該設備就會成為樁基的一個組成部分，同時因其也是傳聲通道的組成部分，一定程度上會對接收到的信息形成影響。并且在樁面和橫截面的不同所以對監測面積和探頭提拉都會造成影響，影響測試的方法和方式與對信號的分析判斷的關鍵因素就是聲測管的預埋位置是否理想，還需對聲測管的材料保持嚴格的要求。

3.1 選擇材料

首先，選擇材料時，應檢測其是否可以和混凝土發生黏連。當聲測管在混凝土之間時不出現縫隙，不對檢測結果造成影響即可。其次，時刻保持良好的機械強度，經歷混凝土澆灌時不能出現任何變化。最后，結合上述需求選擇適應的材料。經大量實驗后采取鋼管，同時對鋼管做出下述規定，如果樁身長度比15m短，需選擇具有金屬波紋管或者硬度比較高的PVC管材，節省不必要的費用。聲測管管壁的厚度對超聲波的影響比較小，所以不需特意對其進行要求，若站在節省資源的角度上而言，聲測管的內部直徑應大于換能器外徑（約1.5公分）即可，管壁可以承受澆灌壓力，即可不需要過于厚重。

3.2 安裝方式

聲測管需要在鋼筋內側固定，PVC管應在1m外設置一個固定點將其穩定固定在鋼筋架上，鋼管則需要每2m設置一個固定點將其直接進行焊接。若此位置不具備鋼筋籠需先將聲測管焊死，之后掩埋在樁基的底部并使用鋼筋支架固定，樁頂表面聲測管上半部分需要比平高高出3～5公分。樁的上部可用木樁或者螺紋蓋封閉聲測管的管口，全面防止其他物質掉入管中，相關樁的聲測管裸露高度應保持一致。

需按照樁徑大小進行聲測管的預埋，結合公路樁基動測技術規定，樁徑的大小不超過150公分時應埋3根管；樁徑大小超過150公分需要埋4根管。結合建筑樁基檢測規定，樁徑小于等于80公分時不應少于2根聲測管；樁徑大于80公分小于160公分時不應少于3根聲測管；樁徑大于160公分時不應少于4根聲測管；當樁徑大于250公分時應增加預埋聲測管的數量，聲測管應根據樁面呈對稱分布。聲測管之間需要始終保持平衡狀態，但是，鋼筋骨架存在一些外部原因會導致一些誤差的形成，還需對其進行充分控制。

4 結語

綜上所述，利用超聲波透射法可直觀地判斷出樁身發生缺陷的大概位置，解決了實際問題并取得很好的應用效果，因此該方法在建筑工程中得到了廣泛應用。結合該技術快捷和沒有損失的優勢，可以看出未來具有廣闊的應用前景，為滿足未來的實際需求，還需要對超聲波透射法進行不斷的創新和完善。