聲波透射法在樁身完整性檢測(cè)中的應(yīng)用探討

秦茂芬

摘 要：基樁是工程建筑中基礎(chǔ)的部分，直接承受著上部建筑物的壓力，確保著建筑物的長(zhǎng)久安全，其施工質(zhì)量至關(guān)重要。本文針對(duì)聲波透射法在混凝土灌注樁完整性檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：基樁檢測(cè);聲波透射法;樁身完整性

中圖分類號(hào)：TU473.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

混凝土灌注樁施工屬于隱蔽工程，影響其施工質(zhì)量的因素很多，如工程地質(zhì)條件、復(fù)雜的樁土相互作用、現(xiàn)場(chǎng)施工管理水平、施工過程控制及專業(yè)人員素質(zhì)等，故基樁質(zhì)量具有諸多的不確定因素。因此，基樁質(zhì)量檢測(cè)對(duì)工程建設(shè)具有非常重要的意義。

1 概述

混凝土灌注樁具有適應(yīng)性好，無(wú)需接樁，施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)擠土、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，在樁基礎(chǔ)施工中，得到較廣泛地應(yīng)用。在混凝土灌注樁的施工過程，由于各種因素的影響，可能為其施工質(zhì)量帶來(lái)各種質(zhì)量問題，如縮頸、夾泥、斷樁、沉渣過厚等。為不影響上部建筑物的結(jié)構(gòu)安全，在基樁施工完成后，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理混凝土灌注樁的質(zhì)量問題，尤為重要。

基樁檢測(cè)包括基樁承載力檢測(cè)及樁身完整性檢測(cè)。對(duì)于樁身完整性檢測(cè)，常用的檢測(cè)方法包括以下幾種：低應(yīng)變反射波法、高應(yīng)變法、聲波透射法、鉆孔取芯法等。各種檢測(cè)方法都有其適用條件及利弊，結(jié)合不同的基樁檢測(cè)條件及檢測(cè)要求，根據(jù)不同檢測(cè)方法特點(diǎn)，選擇合理、適宜、準(zhǔn)確、可靠的基樁檢測(cè)方法尤為關(guān)鍵。

2 聲波透射法檢測(cè)原理

聲波透射法檢測(cè)是一種非破壞性檢測(cè)技術(shù)，即檢測(cè)過程中不會(huì)破壞被測(cè)物體原結(jié)構(gòu)的完整性。聲波透射法通過在基樁施工過程中預(yù)埋聲測(cè)管，借助換能器發(fā)射固定頻率的超聲波，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，使超聲波能量沿豎向方向穿透混凝土樁，超聲波遇到混凝土介質(zhì)缺陷會(huì)產(chǎn)生反射、投射、繞射，換能器接收到超聲波后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并在檢測(cè)儀上顯示聲時(shí)、波速、波幅、頻率等聲學(xué)信息，通過對(duì)接收到的反射波聲學(xué)信息及波形特征進(jìn)行分析，從而判斷混凝土樁的完整性以及可能的缺陷性質(zhì)、位置、范圍及缺陷程度。

由于超聲波在不同介質(zhì)中的傳播特性，超聲波傳播速度、波形變化與樁身混凝土介質(zhì)密實(shí)度有關(guān)，如超聲波波形、波幅變化較小，則表明混凝土樁身密實(shí);反之，則表明混凝土樁身密實(shí)度較差;如出現(xiàn)畸變波峰，則表明樁身存在夾層、孔洞、縫隙等情況。

聲波透射法具有數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)單、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠、現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)便快速，不受樁長(zhǎng)、長(zhǎng)徑比限制，不受檢測(cè)場(chǎng)地限制等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該方法也有其局限性，如檢測(cè)數(shù)據(jù)量偏大，無(wú)法檢測(cè)縮徑，只適用于預(yù)埋了聲測(cè)管的混凝土樁或地下連續(xù)墻。聲波透射法檢測(cè)示意圖見圖1。

3 聲波透射法的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

3.1 率定

檢測(cè)前，應(yīng)采用對(duì)聲波檢測(cè)儀及換能器的系統(tǒng)延遲時(shí)間進(jìn)行率定，率定需在清水中進(jìn)行。通過改變收、發(fā)換能器在水中的距離，并記錄出每次聲波的收、發(fā)時(shí)間，線性回歸計(jì)算出儀器系統(tǒng)的延遲時(shí)間。系統(tǒng)延遲時(shí)間應(yīng)在檢測(cè)參數(shù)設(shè)置時(shí)進(jìn)行錄入。

3.2 通管

聲波透射法檢測(cè)時(shí)，應(yīng)先對(duì)聲測(cè)管進(jìn)行通管，以探測(cè)聲測(cè)管中是否存在堵管現(xiàn)象。若存在堵管現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)與委托單位溝通協(xié)商，避免檢測(cè)時(shí)發(fā)生聲波換能器被卡住無(wú)法拔出的情況。

3.3 注入清水

每根聲測(cè)管均應(yīng)注滿清水，這是為了確保從聲波從換能器傳入混凝土灌注樁中所經(jīng)的介質(zhì)為清水。水質(zhì)不清，其中的雜質(zhì)可能會(huì)影響聲波的傳輸以及影響聲波在水中的傳播速度。如管內(nèi)水質(zhì)渾濁不清，可加入明礬等進(jìn)行凈水處理，待水清澈后方可進(jìn)行檢測(cè)。這是因?yàn)槲蹪岬乃畷?huì)影響檢測(cè)結(jié)果。

3.4 準(zhǔn)確測(cè)量

在現(xiàn)場(chǎng)需要測(cè)量聲測(cè)管管距與管壁厚。進(jìn)行管距測(cè)量，應(yīng)注意管距是指管外壁之間的最短距離，不包括管壁厚。另外需注意的是，管間距可采用鋼尺測(cè)量，管壁厚應(yīng)采用游標(biāo)卡尺測(cè)量。相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)記錄并錄入儀器中。

3.5 設(shè)備調(diào)試

在檢測(cè)前，設(shè)備調(diào)試非常重要，而每個(gè)剖面接收到的首波調(diào)試是關(guān)鍵的核心。首波位置宜在窗口中間位置，波幅高度宜1/3～1/2高。這時(shí)盡量避免出現(xiàn)彎管，首波側(cè)移出窗口，或者出現(xiàn)削波的現(xiàn)象。若是出現(xiàn)首波側(cè)移出窗口或出現(xiàn)削波現(xiàn)象，則此次檢測(cè)無(wú)效。

3.6 檢測(cè)過程

檢測(cè)過程中，換能器的提升速度不宜過快。規(guī)范對(duì)換能器的提升速度均有明確要求，一般不宜大于0.5 m/s。過快的提升速度，會(huì)導(dǎo)致聲波換能器與管壁碰撞，產(chǎn)生干擾波。

及時(shí)補(bǔ)充聲測(cè)管中的清水。由于聲波換能器及線纜的存在，隨著聲波換能器的不斷提升，管內(nèi)的水平面會(huì)不斷下降，因此在檢測(cè)樁頂位置時(shí)，往往需為聲測(cè)管補(bǔ)充清水，否則，樁頂部分可能會(huì)測(cè)不到準(zhǔn)確信號(hào)。

3.7 檢測(cè)后的波形檢查

檢測(cè)完成后，應(yīng)養(yǎng)成及時(shí)查看波形、初步分析樁身完整性情況的習(xí)慣。一是查看波形采集是否正常，如是否存在削波，甚至有無(wú)漏采換能器信號(hào)等情況。如果發(fā)現(xiàn)波形采集有問題，應(yīng)及時(shí)重測(cè)，盡量把問題解決在現(xiàn)場(chǎng)。二是初步確定樁身是否有疑似缺陷的情況，針對(duì)可能存在缺陷的位置，可采用加密測(cè)、斜測(cè)和扇測(cè)等方法進(jìn)行確認(rèn)，還可對(duì)樁身的缺陷位置、缺陷尺寸、缺陷性質(zhì)等做進(jìn)一步的精細(xì)檢測(cè)。

4 檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理及分析

工程樁在施工過程中，由于受地質(zhì)因素、成孔工藝條件、混凝土澆灌工藝等因素的影響，樁身可能出現(xiàn)下列影響樁身完整性的缺陷：沉渣、蜂窩、夾泥、空洞、縮徑、二次澆灌面（斷樁）、裂縫、離析等。分析結(jié)果時(shí)，主要從波速、波幅、PSD等判據(jù)進(jìn)行判斷。下面就沉渣及氣泡密集混凝土兩種缺陷形式進(jìn)行舉例分析。

4.1 沉渣

沉渣是松散介質(zhì)，其本身聲速很低（2 000 m/s以下），對(duì)聲波的衰減也相當(dāng)劇烈。當(dāng)檢測(cè)中遇到沉渣時(shí)，聲速和波幅均會(huì)明顯下降。通常在樁底出現(xiàn)這種情況多屬沉渣所引起。如圖2所示，在樁底10.70 m～11.20 m位置，應(yīng)是沉渣所致。

4.2 氣泡密集混凝土

在灌注樁上部樁身有時(shí)因?yàn)榛炷翝沧⒐芴嵘^快，致大量氣泡分布在混凝土內(nèi)，使混凝土質(zhì)量有所降低。該種情況，波速不會(huì)明顯降低，但聲波能量會(huì)有明顯的衰減，波幅降低。如圖3所示，在基樁5.00 m以上部分，聲波能量明顯下降，應(yīng)是氣泡密集型缺陷的波形表現(xiàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

聲波透射法是一種檢測(cè)混凝土灌注樁完整性的有效方法，具有快速、準(zhǔn)確、檢測(cè)結(jié)果直觀、數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。在具體的檢測(cè)工作中，檢測(cè)人員應(yīng)注意對(duì)檢測(cè)過程中的各個(gè)步驟進(jìn)行有效控制、嚴(yán)格按照規(guī)范要求來(lái)操作，確保檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

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