聲波透射法在混凝土灌注樁質(zhì)量缺陷判定方面研究

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測站有限公司　廣東　佛山　528000)

一、序言

聲波透射法通過超聲波在混凝土樁中的傳播，并接受反射波所攜帶的各種聲學參數(shù)，由此推斷出混凝土灌注樁的內(nèi)部情況。目前國內(nèi)關(guān)于聲波透射法的研究較多[1-3]，孟軍濤等結(jié)合具體工程實例驗證了聲波透射法用于混凝土灌注樁樁身質(zhì)量判斷的準確性，并針對漏判、錯判的問題進行總結(jié)；余安等通過采用聲波透射法和低應(yīng)變法相互印證的方式，說明了兩種方法的優(yōu)劣性；林鳳蘭介紹了聲波透射法檢測地下連續(xù)墻的基本原理，通過實例分析對連續(xù)墻質(zhì)量進行評判。

二、超聲波檢測基本原理

灌注樁在澆筑混凝土之前需根據(jù)樁徑大小預(yù)先埋設(shè)一定數(shù)量的聲測管，這將作為檢測儀器聲波發(fā)射和接收換能器的運行通道，當樁身混凝土強度達到一定強度等級時開始檢測工作，將聲波發(fā)射器與接收器沿樁縱向一定間距的勻速下放，獲得樁身各橫截面的聲學參數(shù)，然后對采集的聲學數(shù)據(jù)進行分析、處理最終判斷出樁身的質(zhì)量問題，從而推斷樁身混凝土的連續(xù)性、完整性和均勻性狀況[4]，評定樁身完整性等級。

三、聲學參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系

(一)聲速。超聲脈沖波在混凝土中傳播速度的較快，這一特性與混凝土的密實度有較為直接的關(guān)系，聲速值越高說明混凝土的密實性越好，反之則密實性越差。當傳播過程遇見空洞、裂隙、不密實等情況時，超聲波的聲時必將增大，此時波速也將明顯下降。

(二)波幅。波幅代表了超聲波穿過混凝土后能量的衰減程度大小，聲幅強弱與混凝土的粘塑性有關(guān)，混凝土中存在破碎、夾泥、不密實等缺陷時，對于超聲波的吸收和散射作用將大大增加，此時的聲幅值將明顯下降。

(三)頻率。聲波脈沖是復(fù)頻波，各頻率成分穿過混凝土后的衰減程度不同，高頻波由于其繞射能力較弱比低頻部分衰減嚴重，這就導致接收信號的主頻率向低頻端漂移。

四、工程實例

(一)實例1

某大橋加固工程水下樁，樁號24-2，樁長57.3m，樁徑1.8m的灌注樁，其中支承類型為嵌巖樁，混凝土設(shè)計等級為C30，樁內(nèi)設(shè)置4根聲測管，采用聲波透射法對其進行檢查，檢測結(jié)果顯示距樁頂1.3m—3m的范圍內(nèi)聲速及聲幅值明顯偏小，且PSD偏離較大，綜合判定該范圍內(nèi)存在缺陷如下圖1所示。

圖1　樁42-2剖面AB、BC、AC數(shù)據(jù)曲線

針對以上超聲波檢測結(jié)果，初步判斷該試驗樁存在缺陷，因此立即組織人員進行抽芯驗證。抽芯結(jié)果顯示綜合四孔，所鉆孔段樁身局部芯樣見輕度蜂窩溝槽、孔洞，其中1#孔在孔深(8.10～8.65)m見嚴重蜂窩溝槽，2#孔在孔深(3.00～3.52)m芯樣粗骨料少，(3.52～3.85)m芯樣表面夾泥，其余芯樣連續(xù)、完整，膠結(jié)緊密，骨料分布均勻，芯樣呈長、短柱狀、斷口吻合，見圖2所示。

圖2　樁24-2芯樣照片

(二)實例2

某特大橋水泥混凝土灌注樁，樁號Pmy7-1，樁長44.65m，樁徑1.6m灌注樁，其中支承類型為嵌巖樁，混凝土設(shè)計等級為C30，在樁內(nèi)設(shè)置4根聲測管，采用聲波透射法對其進行檢查，檢測結(jié)果顯示距樁頂17.5m處內(nèi)聲速及聲幅值明顯偏小，且PSD偏離較大，綜合判定該范圍內(nèi)存在缺陷，如下圖3所示。

圖3　樁42-2剖面AB、BC、AC數(shù)據(jù)曲線

針對以上超聲波檢測結(jié)果，初步判斷該試驗樁存在缺陷，因此立即組織人員進行抽芯驗證。抽芯結(jié)果顯示綜合二孔，其中1#孔在孔深(14.84～15.89)m芯樣粗骨料較少，膠結(jié)較差，2#孔在孔深(15.04～15.60)m芯樣粗骨料較少，其余砼芯連續(xù)、完整，砼膠結(jié)緊密，芯樣骨料分布均勻，芯樣呈長、短柱狀、斷口吻合。見圖4所示。

圖4　樁Pmy7-1芯樣照片

五、結(jié)論

聲波透射法用于混凝土灌注樁的質(zhì)量檢測具有高效直觀的特點，根據(jù)現(xiàn)場波形圖像可大致確定缺陷的范圍，為工程快速的普查提供有效方法。

對于工程基樁質(zhì)量的判定應(yīng)結(jié)合多種檢測方法共同確定，避免單一方法的錯判和漏判的情況，由此對于工程技術(shù)人員的綜合技術(shù)能力也提出了較高的要求。