超聲波透射檢測技術在樁基中的應用研究

摘 要：在施工作業中，由于樁底沉渣、混凝土初灌量不足、澆筑作業不連續、土層黏性大等多種原因，常會導致灌注樁出現不同程度缺陷。超聲波透射檢測技術的應用，能夠在無損狀態下實現對樁身質量異常問題的精準評判。以某橋梁改造工程為例，在分析超聲波透射檢測技術應用原理基礎上，闡述具體應用流程及質量評定方式，以此為同類項目檢測工作開展提供參考，為提升項目施工質量起到應用促進作用。

關鍵詞：超聲波檢測技術；灌注樁；樁基

中圖分類號：TU74" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）06-0073-03

1 工程概況

某危舊橋梁改造工程施工項目，工程地質結構較為復雜，場地地層巖性由素填土、粉質黏土、粉土及粉砂組成，自上而下主要分為15層，主要為素填土、粉質黏土、粉土、層粉砂。工程施工過程中，采用跨孔超聲檢測儀，檢測已預埋聲測管的混凝土灌注樁樁身完整性，以判定樁身缺陷程度并確定其位置，為后續施工作業奠定良好質量基礎[1]。本工程施工中，檢測樣品樁長為19.5 m和23.5 m兩種規格，樁徑為1 400 mm，設計混凝土強度為C30，抽樣數量為8根。

2 超聲波透射檢測技術應用原理

2.1 試驗方法

預埋聲測管→聲測管注滿清水→儀器參數設置→換能器放入聲測管→采樣→數據分析→評定檢測結論→簽發檢測報告。

2.2 檢測流程

超聲波透射檢測技術在橋梁樁基檢測中的應用，是利用樁身灌注成型過程中已經預埋兩根或兩根以上的聲測管，利用聲波檢測儀采集聲測管中聲波換能器發射和接收的信號，并將信號數據傳輸至計算機系統，在進行分析處理后，即可得出檢測結果。

2.3 檢測原理

超聲波透射檢測技術的應用，需要在基樁施工前，依照技術應用標準要求，根據樁身直徑大小預埋一定數量的聲測管，為換能器留出通道。在進行測試時，將每兩根聲測管作為一組，利用水的耦合，由一根聲測管中的換能器發射超聲脈沖信號，另一根聲測管負責接收信號，如此超聲儀便能夠接收到測定的參數并記錄存儲[2]。通過換能器由樁體同時向上依次檢測，實現對樁基各個截面缺陷的精準檢測。

在檢測中，超聲波脈沖發射源會在混凝土內激發高頻彈性脈沖波，利用高精度的接收系統記錄，分析得出該脈沖波在混凝土內傳播中的波動特征。若混凝土內存在不連續或破損界面，會在缺陷面形成波阻抗界面。聲波在該界面會產生透射和反射，導致接收到的透射能量明顯降低。若混凝土內存在松散、蜂窩及孔洞等質量缺陷，波會產生顯著的散射和繞射現象，并呈現相應特征。

在進行檢測時，可利用波的傳播時間、能量衰減特征、頻率變化、波形畸變等特征，分析出所測區范圍內混凝土的密實度參數[3]。綜合測定不同側面、不同高度的超聲波特征，就能夠準確判定測區內混凝土的參考強度，內部缺陷性質、大小及空間位置，以此為樁基質量評定提供準確依據。

3 超聲波透射檢測技術的具體應用

3.1 準備工作

為確保檢測結果準確性，在檢測作業前，應當做好如下方面準備：①分析地質勘察資料、設計資料、混凝土配合比等資料，把握樁基施工情況，確定整體檢測方案。②檢測時間應當在混凝土澆筑作業完成14 d后進行，做好現場清理，消除作業中可能出現的疊加波現象，確保檢測結果精度。③選擇合適的儀器設備。本檢測中選用跨孔超聲檢測儀，型號為RS-ST06D（T）；聲時測讀精度為±0.1 us范圍內，聲幅準確度為3%，采樣間隔為0.1～1638.3 us；采用連續提升，多通道自動循測方式進行處理。④做好環境控制，定時檢測樁基固化效果，確保固化水平能夠有效滿足超聲波檢測要求，清理聲測管內雜質，確保后期檢測結果精準性。⑤選擇干凈的清水作為聲測管中的耦合劑，確保聲測管暢通，三腳架安放平穩，確保卡口水平。

3.2 現場檢測

在現場檢測作業中，必須要嚴格依照技術要求做好提升、下降，確保兩根聲測管中的換能器能夠準確、同步升降，高度保持一致。超聲波檢測儀在接收到采集的信號后，將波形、波速、振幅、聲時頻率等參數，呈現在主機界面，并依據圖像曲線實現對樁基完整性的精準評估。

超聲波透射檢測只能夠判斷出兩根聲測管之間的混凝土狀況，因此在檢測中，還需要對聲測管進行兩兩測試，以得出更為全面的檢測結果。在檢測時如出現某一剖面檢測結果異常現象，應當采用加密測試方式，確定異常位置和具體大小。在同一根樁基檢測中，應當確保儀器相關參數不變，確保測試結果一致性。

檢測作業先是采用平測方式進行，在同步提升或下降作業時，為有效控制誤差，應當使用水準儀進行校準，避免由于操作不當導致測量結果不夠精準[4]。在整體檢測過程中，需要根據實際情況，利用發射器數據調整頻率，利用聲波檢測儀相對控制振幅，以此確保測量結果精準性。

3.3 數據分析

在現場檢測完成后，需要對聲速、振幅及PSD等數據進行綜合判定，并根據聲速離散系數Cv值，判定混凝土勻質性等級。樁身剖面聲波分析中，如聲速均勻無突變，聲幅衰減不明顯，高頻成分多，波形規則，則說明混凝土質量較為良好。在樁身剖面聲波分析中，如出現聲速增大、聲幅衰減、高頻衰減、波形畸變等情形，則說明混凝土出現離析現象。在樁身剖面聲波分析中，如出現聲速明顯增大、聲幅明顯衰減、頻率低、波形嚴重畸變甚至是無法采集的情形，則說明存在斷樁或其他嚴重缺陷。

以本次檢測為例，某編號基樁樁徑為1 400 mm，樁長為23.50 mm，設計標號為C30，在檢測完成后，系統自動導出檢測曲線圖。從檢測結果可以看出，3個剖面聲速平均值分別為4.332、4.372、4.405，變異系數分別為1.5%、2.0%、2.1%，遠超出質量控制標準要求。3個剖面波幅分別為103.3、103.5、100.0，變異系數分別為1.4%、2.0%、1.1%，同樣超出相關標準要求。依據曲線圖分析，缺陷較為顯著，無法滿足質量設計要求。

3.4 質量評定標準

樁身混凝土均勻性是判斷樁身是否存在缺陷，以及缺陷嚴重程度的重要依據。依照相關規范要求，將樁身完整性分為四個等級。從樁身狀況嚴重性出發，分別為：①Ⅰ類樁，樁身完整。②Ⅱ類樁，樁身有輕微缺陷，但不會對樁身結構承載力產生影響。③Ⅲ類樁，樁身存在明顯缺陷，對樁身結構承載力有較大影響。④Ⅳ類樁，樁身出現嚴重畸變。根據檢測結果，從Ⅳ類至Ⅰ類依次判定樁身完整性，對于只有一個檢測剖面的受檢樁，應當依照該檢測剖面代表樁全部截面的情況對待，對樁身完整性進行判斷。

3.5 檢測結果分析

以本工程項目為例，聲波透射法檢測的具體結果如表1所示。從檢測結果可以看出，所測8根受檢樁，按樁身完整性分類：Ⅰ類樁5根，Ⅱ類樁3根。部分樁身存在輕微缺陷，但對樁身結構承載力無顯著影響，施工質量能夠達到設計要求。但是在實際施工中，超聲波透射法還無法準確判斷樁基缺陷類型，應當結合現場水文地質情況、施工工藝及相關條件，進行綜合判斷，并根據分析結果采取必要的處理措施，以確保整體施工質量得以有效控制。

4 樁基混凝土缺陷綜合判定方法

4.1 樁身混凝土常見缺陷

利用超聲透射檢測技術對樁身缺陷進行判定，實際操作過程中，受混凝土材料特性、施工人員操作水平、外部環境、儀器測距及耦合劑敏感程度影響，還難以實現對缺陷現象的直接評估，因此應當從工程實際情況出發，采用綜合判定方法對常見缺陷進行判定，以更為準確地評估樁身質量，為后續作業奠定良好的質量基礎[5]。結合同類工程項目檢測案例，灌注樁通常存在如下4種缺陷：一是灌注樁樁頭浮漿現象，例如在某工程項目灌注樁檢測中，在樁頭部位出現多測點連續突變現象，聲速和聲幅大幅下降，且小于參數臨界值現象，在剖面影像圖中，顯示該部位影像較為紊亂，突變波形顯示為異常。根據處理結果初步判斷在樁頭部位可能存在浮漿或塌孔等缺陷問題。在進一步了解中發現，在前期施工過程中，混凝土坍落度較大，攪拌時間過長，超灌量不足。現場開挖及后續檢測中發現，該部位存在有浮漿現象，且混凝土強度未到達設計標準要求，需要采取必要的返工處理。

二是灌注樁樁身離析現象，例如在某工程項目灌注樁檢測中，根據剖面聲學參數和深度曲線圖分析，發現在某一檢測區內出現多測點聲速和聲幅連續大幅下降，其中部分區域數據小于參數臨界值，PSD參數出現異常變化，剖面影像圖顯示存在顯著偏離現象，還有部分區域聲速明顯低于正常值范圍，聲幅接近臨界值。從分析結果初步判斷該檢測區域內的混凝土強度不足，極有可能存在離析問題。在進一步了解中發現，現場施工作業在降雨環境中進行，在灌注時沒有采取有效的防雨措施，導致有雨水進入導管而產生不同程度的離析現象。

三是灌注樁樁身夾泥或斷樁現象，例如在某工程項目灌注樁檢測中，根據剖面聲學參數和深度曲線圖分析，在某檢測區域中出現聲幅、聲幅和PSD線相互交織現象，聲學參數有明顯突變，聲速和聲幅均下降至正常檢測值以下。聲速的嚴重衰減導致缺陷處無法顯示正常波形，剖面影像圖像出現嚴重偏離，證明在檢測區域內可能存在較為嚴重的夾泥甚至是斷樁現象。在進一步了解中發現，在施工作業時，混凝土配合比設計不當，坍落度較高，在灌注至該區域時，出現卡管現象，施工中斷時長達5 h。分析認為在上層混凝土已經初凝情形下，導致表面部位有大量沉渣聚集，還可能導致附近孔壁坍塌。在后續檢測處理中發現，該處有明顯斷樁現象，對施工質量產生顯著影響。

四是灌注樁樁底部位出現沉渣現象，例如在某工程項目灌注樁檢測中，在某測定區間出現連續測點聲速和聲幅均大幅下降，且低于參數臨界值現象，PSD參數也明顯異常，突變波形基本處于水平直線狀態。經初步判斷，該部位可能存在混凝土離析現象。

在進一步了解中發現，該環節施工中，泥漿指標控制不符合設計要求，沒有嚴格執行清渣程序，導致孔內泥漿有較為顯著的失水和砂粒沉淀現象。在后續處理中發現，該灌注樁樁底部位有2 m以上的沉渣，且沉渣較為松散，強度明顯不足。

4.2 樁基混凝土缺陷的綜合判斷

由于混凝土材料復雜，在檢測時會出現參數波動較大現象，即便是同一根樁同一深度，檢測結果也可能出現參數不一致現象，因此在當前檢測作業中，有學者提出采用灰色系統理論方法，考慮各種因素對混凝土質量判定的影響，將定性判斷轉變為定量判斷方式，以此更為精準地評估樁基混凝土缺陷，為施工質量評價提供精準依據。

4.3 超聲波檢測樁基實施要點

利用超聲波透射檢測技術實現對樁基整體質量的判斷，是當前樁基質量控制和判斷的重要形式，在實施過程中需注意如下方面要點：

一是在施工過程中要做好聲測管預埋，確保埋管的平行對稱，確保后期能夠順利布置換能器。

二是必須在混凝土齡期達到14 d以上再進行樁基完整性檢測，在檢測前需做好樁頭破除及平整性處理，避免在檢測時有混凝土渣掉落等現象。

三是要做好金屬聲測管與樁基下構鋼筋籠的合理捆綁，所使用的超聲波檢測儀探頭直徑小于聲測管內徑，確保探頭能夠自由升降。

四是檢測儀器應當由具備資質的機構檢定后再進行作業，正式測定前需進行調零設置，確保波形、波速、幅值等參數檢測結果準確。

五是要選擇合適的采樣頻率，確保一次能夠完整獲取波頻特性數據，減少外部因素導致的檢測結果誤差，在綜合考慮漏波及疊加波等因素基礎上，做好綜合判定，以更為精準地評估樁基質量。

5 結束語

超聲波透射檢測技術在樁基質量檢測中的應用，具有操作便利、覆蓋面廣等特征，在具體應用中，需要結合實際情況做好優化，嚴格依照規范流程進行操作，實現對樁基質量的精準評估，以此才能夠準確把握施工過程中存在的質量問題，及時采取有效措施進行優化，為工程項目整體質量控制奠定堅實基礎。

參考文獻

[1] 盧森旺.超聲波透射法檢測技術的原理和應用分析[J].四川水泥，2023（10）：266-268.

[2] 袁金興，陳文霜，陸敬輝，等.軟土樁基超聲波透射無損檢測技術[J].天津建設科技，2022，32（4）：44-48.

[3] 羅宏.橋梁混凝土樁基檢測中超聲波檢測技術的應用[J].工程建設與設計，2022（6）：171-173.

[4] 向子明.基于超聲波透射法的大直徑樁基缺陷檢測研究[J].公路與汽運，2020（5）：129-133+144.

[5] 吳秀娟，超聲波.透射法在樁基檢測中的應用研究[J].中國設備工程，2021（12）：160-161.