超聲波透射法基樁檢測常見問題分析與探討

李赫

引言

樁基作為一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式在橋梁，高層建筑等工程領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，因此樁基的承載力和完整性的質(zhì)量問題就成為工程實(shí)際運(yùn)用中的重點(diǎn)控制因素。對(duì)于基樁的豎向承載力一般采用靜壓法和高應(yīng)變動(dòng)測法（PDA），靜壓法由于可靠度較高在工程實(shí)際中得到廣泛運(yùn)用，對(duì)于基樁的完整性檢測方法較多，工程實(shí)際中運(yùn)用較多的有超聲波透射法﹑低應(yīng)變反射波法，鉆芯法等。其中，超聲波透射法由于其檢測速度快，效率高同時(shí)對(duì)于深度較大的基樁檢測可靠度相對(duì)較高在近幾年發(fā)展十分迅速，但是在應(yīng)用過程中工程技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，雖然聲波透射法的檢測效率很高，但仍然暴露出一些問題，這些問題有時(shí)候會(huì)直接影響檢測人員的判斷甚至導(dǎo)致誤判，從而導(dǎo)致很多爭議和損失，對(duì)我國工程建設(shè)的發(fā)展帶來不利影響。

本文首先通過對(duì)超聲波透射法基本理論的介紹，再立足于實(shí)際工程與儀器操作示例，分析和歸納了超聲波透射法基樁檢測的程序和常見問題，提出問題的解決辦法，為工程檢測人員提供一定的借鑒與參考。

超聲波透射法檢測的基本理論和步驟

超聲波透射法基樁檢測儀器種類繁多，但原理和組成基本相同。下面對(duì)這三種組成部分的基本原理進(jìn)行介紹。

1.聲檢測儀

超聲檢測儀的功能就相當(dāng)于電腦的主機(jī)和顯示屏，一般由計(jì)算機(jī)，高壓發(fā)射與控制，程控放大與衰減，A/D轉(zhuǎn)換與采集四大部分組成。高壓發(fā)射電路受主機(jī)同步信號(hào)控制，產(chǎn)生受控高壓脈沖激勵(lì)發(fā)射換能器，電聲轉(zhuǎn)換為聲波脈沖傳入被測介質(zhì)，接收換能器接收到穿過被測介質(zhì)的聲波信號(hào)后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)程控放大和衰減對(duì)信號(hào)作自動(dòng)調(diào)整，將接收信號(hào)調(diào)整至最佳電平，輸送給高速A/D采集板，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)以DMA的方式送入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理。

2.機(jī)械提升裝置

機(jī)械提升裝置由定位滑輪，定位數(shù)據(jù)接線，聲測管接口滑輪組成。起到一個(gè)收放換能器的媒介作用，檢測時(shí)將徑向換能器的接線搭在聲測管接口滑輪上，再將徑向換能器的線圈接線搭在數(shù)據(jù)滑輪上，這樣就可以在檢測儀屏幕上定位徑向換能器的位置并得到每個(gè)測點(diǎn)的聲波波形。

3.徑向換能器

徑向換能器由發(fā)射換能器和接收換能器兩種組成。我們?cè)谶\(yùn)用超聲波透射法時(shí)，首先要解決的問題是如何產(chǎn)生聲波和如何接收經(jīng)混凝土傳播的聲波，然后進(jìn)行測量。解決這種問題就是通過發(fā)射和接收換能器的能量轉(zhuǎn)換，發(fā)射換能器通過壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能向聲能的轉(zhuǎn)換，而接收換能器通過壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聲能向電能的轉(zhuǎn)換。以水為中間介質(zhì)，聲波脈沖從發(fā)射換能器到接收換能器實(shí)現(xiàn)能量形式的轉(zhuǎn)換，同時(shí)將波速，波幅數(shù)據(jù)和波形傳至檢測儀屏幕供檢測人員觀察，完成測試后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，最終做出檢測報(bào)告并得出對(duì)基樁質(zhì)量完整性類別的判斷和說明。

4.工程實(shí)例

本文作者以南縣至益陽高速橋梁基樁檢測項(xiàng)目為例，采用ZBLU520A非金屬超聲檢測儀，對(duì)超聲波透射法基樁檢測現(xiàn)場程序進(jìn)行更加形象的描述，同時(shí)總結(jié)出檢測過程中常見問題與解決方法以及經(jīng)驗(yàn)。

首先進(jìn)行現(xiàn)場的協(xié)調(diào)與組織，聲測管中需施工單位配合提前灌滿清水，然后將三角架架至離基樁3-5米遠(yuǎn)處，保證線圈整齊，再將定位滑輪牢固的架在三角架上，然后將發(fā)射與接收換能器放入聲測管中直至放至樁底位置，再由檢測人員接好各個(gè)數(shù)據(jù)線，將檢測樁長，樁號(hào)等參數(shù)輸入檢測儀后進(jìn)行檢測。如下圖所示：

1.采集不到首波波形

造成這種問題的原因大致有兩種：一、接收換能器和發(fā)射換能器不在同一平面位置，且相差1M以上，可以通過線圈上線繩的刻度將接收和發(fā)射換能器調(diào)至樁底同一平面位置，再進(jìn)行首波采集。二、樁底混凝土質(zhì)量很差，如離析，沉渣等，導(dǎo)致聲波在傳播過程中衰減過快，從而無法采集波形。

2.檢測儀顯示換能器未到樁頂位置，而換能器已到樁頂

如果出現(xiàn)這種問題就要進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測之前首先通過線繩刻度確認(rèn)所有換能器均已到達(dá)樁底位置，同時(shí)估算樁長是否足夠，如果不夠，那么這種問題就是由于樁長不夠設(shè)計(jì)要求所導(dǎo)致的，如果樁長足夠，則是定位滑輪讀數(shù)誤差所導(dǎo)致，需要將儀器送至計(jì)量院或工廠進(jìn)行維修。

3.波形正常，而PSD曲線卻有大幅畸變

這種問題在工程實(shí)例中屢見不鮮，很多檢測人員因此對(duì)基樁完整性的質(zhì)量造成誤判，在超聲波透射法檢測報(bào)告的撰寫過程中，我們對(duì)于基樁完整性的判斷依據(jù)要以波形為主，同時(shí)綜合波速，波幅，PSD曲線進(jìn)行判斷，只單獨(dú)以PSD作為唯一標(biāo)準(zhǔn)是錯(cuò)誤的，出現(xiàn)這種問題主要有兩點(diǎn)原因：一、配合檢測人員收放換能器的速度過快，導(dǎo)致儀器的讀取誤差。二、檢測人員的‘增益參數(shù)值設(shè)置過大，導(dǎo)致PSD曲線發(fā)生畸變。在檢測過程中勻速收起換能器，同時(shí)觀察屏幕調(diào)節(jié)好增益值，就可以避免此類問題的發(fā)生。

結(jié)語

本文立足于工程實(shí)例，介紹了聲波透射法的基本理論和現(xiàn)場檢測的程序，歸納和提出了工程檢測中的常見問題和解決辦法，對(duì)于工程檢測人員有一定的參考和借鑒意義，同時(shí)對(duì)于我國檢測行業(yè)的規(guī)范性和整體性發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用。

（作者單位：中南林業(yè)科技大學(xué)）

作者簡介：李 赫（1992-），男，吉林長春，中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，橋梁與隧道工程碩士研究生。