超聲跨孔聲波透射法檢測混凝土灌注樁完整性

王 倩

徐州市路興公路工程有限公司

1 引言

混凝土是現(xiàn)代建筑工程中所廣泛采用的一種建筑材料，對于一些大型基礎(chǔ)建筑工程，都普遍使用了樁結(jié)構(gòu)以承擔(dān)較大的荷載，并滿足相應(yīng)的工程需要。而現(xiàn)代化的建筑中，考量建筑物本身結(jié)構(gòu)及其經(jīng)濟性的需要，普遍采用混凝土灌注樁。而由于灌注樁等建筑結(jié)構(gòu)在形成的過程中，主要利用混凝土的較強的可塑性，在混凝土還未硬化前，對樁結(jié)構(gòu)進行灌注與澆筑所形成的。因此混凝土灌注樁，從其結(jié)構(gòu)形成過程及特點來看，具有較強的隱秘性，需要采取特殊的方法以有效檢測灌注樁的結(jié)構(gòu)質(zhì)量及工程性能，從而在保障混凝土灌注樁質(zhì)量的前提下，進一步保障建筑物整體的工程質(zhì)量。而現(xiàn)代建筑工程中，針對混凝土灌注樁的質(zhì)量及完整性檢測，主要采用聲波透射法，本文正是基于超聲跨孔聲波透射法在檢測混凝土灌注樁完整性中的應(yīng)用進行相應(yīng)研究與討論，希望能夠一定程度上提升滿足現(xiàn)代建設(shè)工程的需要。

2 聲波透射法檢測混凝土完整性的基本原理

聲波透射法的原理是基于聲波在介質(zhì)中傳遞的過程中會產(chǎn)生能量，聲波是一種機械波，機械波不同于電磁波，機械波的會在傳播介質(zhì)中發(fā)生擾動，其震動形式較為單一，根據(jù)其傳播方向與震動方向可分為橫波與縱波。聲波透射法，就是利用機械波在介質(zhì)中傳遞能量這一原理，在混凝土灌注樁內(nèi)預(yù)先設(shè)計平行于混凝土灌注樁縱軸的聲測管道，然后將超神波探頭伸入混凝土灌注樁內(nèi)部，進行逐點、逐段探測。根據(jù)超聲波在混凝土灌注樁中傳播后所反饋的各類聲學(xué)參數(shù)(聲速、頻率、能量、波形)來根據(jù)這些聲學(xué)參數(shù)進一步判斷混凝土灌注樁的樁身完整性。

利用聲波透射法對混凝土灌注樁的完整性檢測，主要包括樁內(nèi)跨孔聲波透射法，樁內(nèi)單孔聲波透射法，以及樁外孔聲波透射法這三類方法。而其中，樁內(nèi)跨孔聲波透射法，是依據(jù)相應(yīng)工程規(guī)范所廣泛采用的一種檢測方式，本文也是基于超聲跨孔聲波透射法這一檢測方式，探討利用聲波透射法對混凝土灌注樁完整性檢測過程中需要注意的相關(guān)事項，及優(yōu)化措施的進一步分析與研究。

3 超聲跨孔聲波透射法檢測混凝土灌注樁完整性的基本步驟

由于混凝土灌注樁這一建筑結(jié)構(gòu)主要有混凝土灌注所形成。而為了開展后續(xù)超聲跨孔聲波透射法的利用條件，首先在形成混凝土灌注樁的過程中需要預(yù)埋相應(yīng)平行于混凝土灌注樁縱軸的聲測管道，在具備了聲測管道后，才能實現(xiàn)后續(xù)的聲波透射檢測方法。

在設(shè)置預(yù)埋管道的過程中，可以結(jié)合實際工程需要，一般的鋼筋混凝土灌輸樁的截面為圓形，在確定埋管數(shù)量于埋設(shè)方法的過程中，一般采用沿直徑布置管道，呈三角形布置管道以及呈四方形布置管道這三種方式。在實際工程中，為滿足工程需要及提升后續(xù)檢測質(zhì)量，需要保證埋設(shè)聲測管道的內(nèi)徑控制在50-60mm之內(nèi)，同時埋設(shè)管道應(yīng)確保下端封閉，上端加蓋，管內(nèi)無異物，各管互相平行等要求。

在滿足基本的聲波透射法的應(yīng)用條件，形成具備聲測管道的混凝土灌注樁后就可以開展后續(xù)的聲波檢測工作，在實際檢測過程中其具體步驟如下。

（1）檢測聲測管道是否通暢，其具體方法采用注水法，若保持穩(wěn)定注水速度，在聲測管道內(nèi)不形成淤積，則管道通暢良好。

（2）計算聲測管及耦合水層聲時修正值，具體計算步驟及內(nèi)容，需要參照實際工程中混凝土灌注樁的尺寸打下及聲測管道的布置樣式及施工環(huán)境等多種因素考慮。

（3）測量樁頂聲測管外壁凈距離，樁底聲測管外壁凈距離是后續(xù)各類聲學(xué)參數(shù)計算過程中需要反復(fù)使用的一項重要數(shù)據(jù)，因此在實際測量過程中，為確保數(shù)據(jù)的精確性，需要多次測量取平均值。

（4）安置聲波發(fā)射與接收轉(zhuǎn)換器。聲波發(fā)射與接收轉(zhuǎn)換器的安裝位置需要確定，在后續(xù)的測量過程中保持不變，以免對聲測數(shù)據(jù)的精確性造成影響。

（5）保障聲波發(fā)射與接收轉(zhuǎn)換器同步升降，并保持測點間距小于等于250mm?？刂坡暡òl(fā)射與接收轉(zhuǎn)化器之間的相對位置，并保持測定間距，提升聲測數(shù)據(jù)精確性的有效手段，在實際測量過程中，為保障測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要對聲波發(fā)射器的相對位置及測點間距進行全面檢查與調(diào)整。

（6）采集和記錄信號包括，聲時，聲幅，頻率，波形四類數(shù)據(jù)。在聲波接收器接收信號時，相關(guān)探測人員需要將數(shù)據(jù)結(jié)果及時到處，避免因接收器存在大量數(shù)據(jù)而造成混淆或遺漏，在記錄數(shù)據(jù)的過程中，除了做到及時分類數(shù)據(jù)記錄以外，還要對數(shù)據(jù)進行校核，結(jié)合聲時，聲幅，頻率，波形之間的理論關(guān)系，及實際經(jīng)驗，排除誤差較大的聲測數(shù)據(jù)，以提升測量精度。

（7）以兩根聲測管為一個檢測部面進行組合，分別完成所有的檢測剖面。

（8）針對實際工程中混凝土灌注樁，樁身的特點，及測量數(shù)據(jù)的基本情況，對于樁身處數(shù)據(jù)可疑部分進行加密測量，或采用斜測法或扇形掃測法進行復(fù)測，以進一步確定樁身缺陷部位。

以上即為實際工程中應(yīng)用聲波透射法檢測混凝土灌注樁樁身完整性的全部步驟，在檢測樁身完整性，排除樁身缺陷部位的過程中，主要依據(jù)聲時，波幅，波速，波形，這四項定量的聲測指標(biāo)來確定。對于一般的混凝土灌注樁的缺陷特點及實際測量經(jīng)驗，發(fā)生缺陷的部位主要表現(xiàn)為聲時大，波幅小，波速小，波形畸變這四類特征。而為保障測量精確性，避免產(chǎn)生誤測，或遺漏等問題，測量過程中，需要保障測量次數(shù)多次，測量方式多樣，測量手段豐富等基本特點。在記錄測量數(shù)據(jù)的過程中，要嚴(yán)格避免因人為誤差造成的數(shù)據(jù)錯誤，同時在測量的過程中應(yīng)保證對于混凝土灌注樁樁身的測量做到從上到下的全面測量，避免造成部分遺漏等問題。

4 聲波透射法數(shù)據(jù)分析與判定的主要依據(jù)

從聲波透射法的基本測量步驟中我們可以看出，判斷混凝土灌注樁樁身完整性的指標(biāo)包括，聲時、聲速、波幅、波形這四項基本聲測指標(biāo)來定性完成的。為進一步推進對于聲波透射法在實際工程中的應(yīng)用，現(xiàn)就聲波透射法數(shù)據(jù)分析與判定的主要依據(jù)進行進一步分析與研究。

在實際測量過程中，根據(jù)測量經(jīng)驗與測量原理，我那邊發(fā)現(xiàn)聲測數(shù)據(jù)中反映為聲速小的部位容易成為缺陷部位。這一判據(jù)的理論來源是基于概率法的分析方法得出的。在實際聲波透射法的應(yīng)用中，根據(jù)特點頻率下的聲波在介質(zhì)中傳播的速度，進一步結(jié)合概率統(tǒng)計的方法得出了應(yīng)用聲波透射法測量混凝土灌注樁樁身完整性的聲速臨界值。在理論上，小于這一臨界值的聲速可能為異常點。結(jié)合這一判據(jù)的理論，在實際工程中應(yīng)用超聲跨孔聲波透射法測量混凝土灌注樁樁身完整性的過程中，為保障聲速判據(jù)的準(zhǔn)確性，保障聲波發(fā)射與接收器之間的相對位置，避免聲波傳遞過程中，由于聲波接收器安裝位置的偏差，造成測量波速的不準(zhǔn)確。同時，對于不同部位的聲速數(shù)據(jù)大小，我們也可以定性得出相應(yīng)的缺陷類型，從而加以針對性的修正。

除了聲速測量判據(jù)，聲波透射法在混凝土灌注樁樁身缺陷檢測的過程中，還可以利用聲速低限值判據(jù)，PSD判據(jù)以及波幅判據(jù)等多種判別方法。其判別原理與判別方式與聲速判據(jù)基本類似，其中聲速低限值判決利用了，對于預(yù)留混凝土試件抗壓強度與聲速對比實驗的聲速數(shù)據(jù)，進行對比分析，以檢測混凝土灌注樁樁身中的缺陷部位。而PSD判據(jù)法，與波幅判據(jù)法，其方法本身借助了數(shù)據(jù)統(tǒng)計中的各種工具，對于數(shù)據(jù)及分析結(jié)果進行了一定優(yōu)化與處理，得出了更為準(zhǔn)確的判別結(jié)果。例如，對于PSD 判據(jù)中的斜率法，進一步利用了多次測量的平均結(jié)果從而減少了系統(tǒng)誤差對判別結(jié)果造成的影響。

5 超聲跨孔聲波透射法檢測混凝土灌注樁樁身完整性的優(yōu)勢及應(yīng)用價值

現(xiàn)階段，我國建筑行業(yè)內(nèi)各類大型建筑工程所采用的混凝土樁身完整性的檢測方法都是借助超聲跨孔聲波透射法的基本原理。超聲跨孔聲波透射法，在滿足我國現(xiàn)代建筑工程的施工質(zhì)量，提升施工安全與施工效率上發(fā)揮了重要作用。而導(dǎo)致超聲跨孔聲波透射法檢測混凝土樁身完整性的原因是多方面因素造成的。

首先，由于混凝土灌注樁其本身的特點，具有一定隱秘性的工程特征，混凝土灌注樁具有一定的隱秘性，以及可變性，不同混凝土灌注樁在不同施工條件下，及施工操作下所表現(xiàn)的樁身完整性也存在差異，因此在開展完整性檢測的過程中不能采取結(jié)構(gòu)分析與實驗的方法，而超聲跨孔聲波透射法，在使用的過程中，不需要與混凝土灌注樁內(nèi)部直接接觸，而是通過了聲波在介質(zhì)中傳遞的原理，根據(jù)聲波在混凝土灌注樁傳遞過程中所反饋回來的聲學(xué)參數(shù)進一步定性分析其樁身的完整性。由于聲波的發(fā)射與接收設(shè)備的發(fā)展較為完善，相關(guān)聲學(xué)指標(biāo)的探測技術(shù)也較為完備，因此在使用聲波透射法測量混凝土樁身完整性的過程中，可以得到較為準(zhǔn)確可靠的測量結(jié)果，并能夠較為準(zhǔn)確地分析出樁身缺陷部位的范圍及位置，這為大型建筑工程中混凝土樁基的完整性，及質(zhì)量保障提供了較大支持。但聲波透射法測量混凝土灌注樁樁身完整性的過程中，需要在形成混凝土灌注樁樁身前預(yù)先埋設(shè)聲測管道，對于實際施工進度造成了一定阻礙，并且由于聲測管道的投入使用使得聲波透射法的測量方式需要投入大量成本。但對于大型基礎(chǔ)建筑工程來說，為保障建筑工程的質(zhì)量安全，滿足建筑結(jié)構(gòu)自身的荷載需求，采取聲波透射法的檢測手段，對混凝土灌注樁樁身完整性進行精確的檢測仍是現(xiàn)代建筑工程中廣泛采用的主流檢測手段。

最后，現(xiàn)階段，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，以及建筑工程種類及技術(shù)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)提升，我國建筑行業(yè)由過去的經(jīng)濟追求逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量技術(shù)追求，因此聲波透射法在未來我國大型建筑工程項目中的混凝土灌注樁樁身完整性檢測工作中的應(yīng)用空間及應(yīng)用前景仍有待進一步發(fā)掘，但在應(yīng)用聲波透射法的過程中，相關(guān)企業(yè)也需要對聲波檢測法的測量方式及應(yīng)用技術(shù)進行改進與創(chuàng)新，以建少測量成本，推廣超聲跨孔聲波透射法的進一步發(fā)展。

6 結(jié)束語

超聲跨孔聲波透射法檢測混凝土灌注樁樁身完整性是現(xiàn)階段我國實際工程規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)中所要求的主要檢測手段。利用超聲跨孔聲波透射法檢測混凝土灌注樁樁身完整性，可以利用聲波在介質(zhì)中傳輸?shù)幕驹?，根?jù)聲波傳輸過程中所反饋的信息間接地測定混凝土灌注樁樁身的缺陷范圍及相應(yīng)位置。聲波透射法有效地避免了因混凝土灌注樁自身隱蔽性所造成的測量困難等問題，為我國建筑行業(yè)內(nèi)各類基礎(chǔ)建設(shè)工程中混凝土灌注樁結(jié)構(gòu)質(zhì)量的提升作出了重大貢獻。在未來建筑規(guī)模不斷擴大，建筑質(zhì)量要求不斷提升的背景下，超聲跨孔聲波透射法，仍是滿足現(xiàn)代建筑工程需要，提升混凝土灌注樁結(jié)構(gòu)質(zhì)量，保障建筑工程整體質(zhì)量安全的重要檢測方法。