聲波透射法在檢測基樁質(zhì)量中的應(yīng)用探討

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摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)的發(fā)展也日趨成熟，已受到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域和科學(xué)研究部門的重視?；鶚兜穆暡ㄍ干浞z測在工程質(zhì)量控制中是比較重要的方法，本文通過對聲波透射法進(jìn)行分析并且提出自己的一些建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：聲波透射法；檢測；基樁質(zhì)量

1前言

聲波透射技術(shù)的發(fā)展不僅僅推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)行，而且?guī)У搅私?jīng)濟(jì)發(fā)發(fā)展，它是經(jīng)濟(jì)建設(shè)以來發(fā)展最晚但卻最迅速的一種技術(shù)，它的檢測無損傷，對基樁的密實(shí)度的反應(yīng)很是直觀、準(zhǔn)確，更能準(zhǔn)確地鑒別基樁本身缺陷的性質(zhì)和缺陷的具體位置，測試結(jié)果不受樁長限制。

2超聲波透射法的原理

由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動(dòng)特征。根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，在測區(qū)范圍內(nèi)得出混凝土的密實(shí)度參數(shù)1。當(dāng)混凝土無缺陷時(shí)，混凝土是連續(xù)體，超聲波在其中正常傳播，接收系統(tǒng)接收到的聲時(shí)、波幅和波形均勻、正常。當(dāng)混凝土內(nèi)存在缺陷時(shí)，其連續(xù)性就會(huì)中斷，在缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射、反射以及缺陷對波的吸收衰減，接收到的透射能量就會(huì)明顯降低；當(dāng)混凝土內(nèi)存在嚴(yán)重缺陷時(shí)，如蜂窩、孔洞、不粘稠等，將產(chǎn)生波的散射和繞射，接收到的聲時(shí)、波幅將明顯降低，波形嚴(yán)重畸變甚至丟波2。聲波透射法樁基檢測就是根據(jù)混凝土聲學(xué)參數(shù)測量值的相對變化，分析、判別其缺陷的位置和范圍，評定樁基混凝土質(zhì)量類別。

3超聲波透射法基樁檢測方法

按照超聲波換能器通道在樁體中的不同的布置方式，超聲波透射法基樁檢測主要有三種方法：

（1）樁內(nèi)跨孔透射法。將兩根或兩根以上的聲測管預(yù)埋在樁內(nèi)，通過安置在管道內(nèi)的換能器發(fā)射穿透混凝土的聲波，由另一管道內(nèi)的接收換能器進(jìn)行接收，從而檢測樁的質(zhì)量，當(dāng)采用大直徑灌注樁時(shí)，也可使用鉆芯法所打的孔進(jìn)行檢測。

（2）樁外孔透射法。當(dāng)樁的上部結(jié)構(gòu)已施工或樁內(nèi)沒有換能器通道時(shí)，可在樁外緊貼樁邊的土層中鉆一孔作為檢測通道，檢測時(shí)在樁頂面放置一發(fā)射功率較大的平面換能器，接收換能器從樁外孔中自上而下慢慢放下，超聲波沿樁身混凝土向下傳播，并穿過樁與孔之間的土層，通過孔中耦合水進(jìn)入接收換能器，逐點(diǎn)測出透射超聲波的聲學(xué)參數(shù)，根據(jù)信號的變化情況大致判定樁身質(zhì)量。由于超聲波在土中衰減很快，這種方法的可測樁長十分有限，且只能判斷夾層、斷樁、縮頸等。

（3）樁內(nèi)單孔透射法。當(dāng)樁內(nèi)只能有一個(gè)孔道時(shí)，可以采用單孔透射法進(jìn)行檢測，將換能器放置在孔中，換能器間采用隔聲材料進(jìn)行阻隔，聲波發(fā)射后經(jīng)過藕合水進(jìn)入孔壁混凝土表層，在傳播一定距離后經(jīng)過藕合水到達(dá)接收器上，從而測出相應(yīng)的聲學(xué)參數(shù)，當(dāng)管道中存在鋼質(zhì)材料時(shí)，將會(huì)對聲波的繞行產(chǎn)生影響，則不能采用該方法。

4聲波透射法的基樁檢測儀器

聲波透射檢測法的檢測裝置主要由超聲探頭、超聲儀、探頭升降裝置及樁內(nèi)預(yù)埋聲測管組成。

（1）超聲探頭?；鶚稒z測中所用的探頭一般為柱狀徑向振動(dòng)換能器，為了通過安裝前置放大器的方式提高接收換能器的靈敏度，考慮到換能器一般在水下工作，因此，要求其保證在100m水深條件下不出現(xiàn)漏水的情況。

（2）超聲儀。發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)保證能夠輸出250一1000v的脈沖電壓，激發(fā)壓電體的脈沖波可為階躍脈沖或矩形脈沖。接收系統(tǒng)的頻帶寬度宜為5一50kHz，增益應(yīng)儀器的測時(shí)范圍應(yīng)大于2000μs，計(jì)時(shí)精度應(yīng)高于1μs。數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及顯示系統(tǒng)是裝置的重要組成部分，通過對數(shù)據(jù)信號的自動(dòng)測讀及處理能夠有效的提高現(xiàn)場的檢測效率。

（3）探頭升降系統(tǒng)。為了測量不同深度范圍內(nèi)的混凝土基樁質(zhì)量，應(yīng)布設(shè)探頭升降系統(tǒng)，使得超聲探頭能夠在聲測管中按要求升降。一般采用人工升降或電動(dòng)升降兩種方式。

5聲測管的預(yù)埋和管材的選擇

為了使換能器能達(dá)到檢測部位，需預(yù)先埋設(shè)若干檢測通道，它在樁的橫截面上的布局，決定了檢測的有效面積和探頭提拉次數(shù)，所以聲測管的預(yù)埋是影響檢測方式和信號分析判斷的基本問題。

5.1聲測管的選擇

對聲測管的材料要求是：有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保證在灌注樁混凝土澆注過程中不會(huì)變形；與混凝土粘結(jié)良好，不致在聲測管和混凝土間產(chǎn)生剝離縫，影響測試。根據(jù)這些要求，鋼管是最合適的材料。為了節(jié)省費(fèi)用，對于樁身長度小于15m的短樁，可用硬質(zhì)PVC塑料管或金屬波紋管，一般規(guī)定，聲測管的直徑通常比徑向換能器的直徑大10～20mm即可，宜用規(guī)格內(nèi)徑35～50mm。管的壁厚對聲能透過率影響較小，所以，原則上對聲測管壁厚不作要求，但就節(jié)省材質(zhì)用量而言，管壁只要能承受新澆混凝土的側(cè)壓力，則越薄越好。

5.2聲測管的埋置數(shù)量和布置方式

聲測管在樁的橫截面上的布局應(yīng)考慮檢測控制面積，根據(jù)樁徑大小預(yù)埋超聲檢測管，樁徑為0.6～1.0m時(shí)宜埋二根管；樁徑為1.0～2.5m時(shí)宜埋三根管，按等邊三角形布置；樁徑為2.5m以上時(shí)宜埋四根管，按正方形布置。聲測管之間應(yīng)保持平行，但在實(shí)際施工中，由于鋼筋骨架剛度的原因，會(huì)造成一定的誤差，應(yīng)盡量控制。

5.3聲測管的安裝

聲測管應(yīng)牢牢固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，對于鋼管，每2m間距設(shè)一個(gè)固定點(diǎn)，直接焊接在架立筋上；對于PVC管，每1m間距設(shè)一固定點(diǎn)，應(yīng)牢固綁扎在架立筋上。對于無鋼筋籠的部位，聲測管可用鋼筋支架固定，聲測管應(yīng)一直埋到樁底，聲測管底部應(yīng)預(yù)先封焊死，管的上端應(yīng)高于樁頂表面300～500mm，同一根樁的聲測管外露高度宜相同，上頂端用螺紋蓋、塞或木樁封閉管口，防止異物掉入管內(nèi)。

6檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)分析和判斷

對實(shí)基樁的超聲波透射法檢測需要分析和處理的主要聲學(xué)參數(shù)是聲速、波幅、主頻，同時(shí)測波形的觀察和記錄，如何在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對樁的完整性、連續(xù)性、強(qiáng)度等級等做出判斷，是超聲法檢測的關(guān)鍵。目前，常用的樁身缺陷判斷方法有兩大類，第一類是數(shù)值判據(jù)法，即根據(jù)測試值經(jīng)適當(dāng)?shù)臄?shù)字處理后找出一個(gè)存在缺陷的臨界值作為依據(jù)，這種方法能對大量測試數(shù)據(jù)做出明確的分析和判斷，通常用于全面掃測時(shí)缺陷的初步判斷；第二類是聲場陰影區(qū)重疊法，這類方法通常用于數(shù)值判據(jù)法確定缺陷位置后的細(xì)測判斷，以便詳細(xì)劃定缺陷的位置、大小和性質(zhì)等，在樁身缺陷的超聲檢測種，這兩類方法必須聯(lián)合使用，過分偏重任何一種方法都是不合理的3。

7 聲波透射法檢測中的影響因素

在基樁的聲波透射法檢測的過程中，檢測人員除了要掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識和熟練的檢測操作技術(shù)外，還應(yīng)該了解影響其測量的有關(guān)因素，這樣就可以在檢測和數(shù)據(jù)分析處理中，把這些影響因素順便排除掉。

（1）聲測管的影響，基樁成樁后由于各種原因沒能及時(shí)進(jìn)行檢測，導(dǎo)致聲測管銹蝕嚴(yán)重，鐵銹對聲波透射法的聲時(shí)、波幅、波形均有嚴(yán)重干擾，甚至無法接收到波形。此時(shí)亦應(yīng)先對聲測管進(jìn)行清管處理后方可進(jìn)行正常檢測。

（2）聲測管管接頭的影響，中長樁通常要幾節(jié)管子才能連接起來，通長到樁底，兩管之間接頭有采用短管節(jié)套焊接而成的，也有采用螺紋連接的。不論采用何種連接方法，進(jìn)行超聲檢測時(shí)，應(yīng)考慮是否是管接頭的影響，可根據(jù)聲測管安裝的施工記錄輔助判斷。

（3）聲測管彎曲的影響，聲測管彎曲導(dǎo)致測距增大或減小，使正?；炷恋穆晻r(shí)有可能超判據(jù)，此時(shí)應(yīng)結(jié)合波幅與波形進(jìn)行綜合分析，在檢測過程中不能根據(jù)某單一指標(biāo)來作出判斷，而應(yīng)綜合各個(gè)指標(biāo)來分析是否有缺陷以及缺陷的范圍和程度。

（4）藕合劑的影響，在樁基超聲波透射法檢測過程中，經(jīng)常會(huì)在聲測管中注入清水作藕合劑，而這種方法在運(yùn)用到實(shí)際施工時(shí)，一些施工單位或貪圖方便、或?qū)z測方法不甚了解，在聲測管中隨意注入泥水或污水，放置一段時(shí)間后，泥水發(fā)生沉淀，可能出現(xiàn)探頭通不到管底，或者影響樁底聲波信號，出現(xiàn)假缺陷，導(dǎo)致誤判。

（5）混凝土齡期的影響，混凝土聲速隨齡期的增加而上升。但在硬化初期，聲速很低，與泥砂夾層難以區(qū)別，而且在硬化初期，混凝土對聲能的吸收衰減較大，信號強(qiáng)度較低，所以應(yīng)待混凝土齡期達(dá)到規(guī)范要求后，再進(jìn)行聲波透射法檢測

（6）樁底沉渣的影響，當(dāng)超聲檢測到樁底時(shí)，如果樁低沉渣太厚，就會(huì)出現(xiàn)樁底聲速和首波幅度急劇下降的情況，此時(shí)聲速在2.0 km/s以下。

（7）檢測探頭的影響，用不同的換能器進(jìn)行測量，得到的首波波幅值差距也比較大。因此，不能生硬的比較不同探頭檢測的首波波幅，應(yīng)作合理的分析。

結(jié)束語

聲波透射法是一種檢測基樁混凝土質(zhì)量行之有效的方法，其檢測方法簡便、成果反映直觀、檢測精度高。但是在檢測時(shí)，對有缺陷的樁應(yīng)持慎重的態(tài)度，要綜合考慮各方面的影響因素，不要漏判缺陷，也不要夸大缺陷的嚴(yán)重程度，要分析各聲學(xué)參量發(fā)生變化的原因，科學(xué)準(zhǔn)確地評價(jià)基樁混凝土質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 馬宗治：《聲波透射法在基樁檢測中的應(yīng)用》，《今日科苑》，2007年18期

[3] 杜存全：《聲波透射法在基樁檢測中的應(yīng)用》，《科技信息》，2009年04期