淺析聲波透射法在基樁檢測(cè)的應(yīng)用
1李帥2陳晴晴
通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司201315
摘要：聲波透射法是利用聲波的透射原理，對(duì)樁身混凝土介質(zhì)狀況進(jìn)行檢測(cè)�；鶚蹲鳛榻ㄖ锏幕A(chǔ)，更是關(guān)系到我們的生命安全，為了解決這一安全隱患，就必須對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，而聲波透視法就是對(duì)基樁檢測(cè)的最好方法之一。
關(guān)健字：聲波透射法基樁檢測(cè);應(yīng)用
1.工程概況
某項(xiàng)目部承建的某大橋DyK24+647(2-24.0m+30-32.0m)位于某市區(qū)斷陷盆地，主要地層為第四系沖積洪黏質(zhì)黃土、粉質(zhì)粘土。橋梁鉆孔灌筑樁共計(jì)294根，其中最長(zhǎng)樁長(zhǎng)為52m，孔樁深度≥40m的共計(jì)262根，均需采用聲波投射法進(jìn)行樁基檢測(cè)。樁基聲測(cè)管的質(zhì)量要求及布置方式為：聲測(cè)管每節(jié)長(zhǎng)度8.0m，總長(zhǎng)度為樁長(zhǎng)H+3.0m，每根樁3根。材料采用A3鋼，內(nèi)徑43mm，對(duì)聲測(cè)管底端采用鋼板進(jìn)行有效封閉，鋼管沿樁身全程埋設(shè)，管內(nèi)無(wú)異物，完成埋設(shè)后頂端封閉，頂端高于樁頂30cm;聲測(cè)管固定在樁身鋼筋及樁身配筋范圍內(nèi)的加強(qiáng)箍筋內(nèi)側(cè)，應(yīng)焊接牢固，保持豎直。
2.聲波透射法檢測(cè)技術(shù)、及儀器組成
2.1聲波透射法在基樁檢測(cè)中的幾種方式
(1)樁內(nèi)跨孔透射法。將兩根或兩根以上的聲測(cè)管預(yù)埋在樁內(nèi)，通過(guò)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(cè)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(cè)。
(2)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(cè)，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(guò)藕合水進(jìn)入孔壁混凝土表層，在傳播一定距離后經(jīng)過(guò)藕合水到達(dá)接收器上，從而測(cè)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(duì)聲波的繞行產(chǎn)生影響，則不能采用該方法。
(3)樁外孔透射法。當(dāng)在樁內(nèi)難以打孔時(shí)，可以緊貼樁身土層鉆孔作為檢測(cè)通道，檢測(cè)時(shí)要在樁頂面放置一個(gè)發(fā)射功率較大的平面換能器，聲波沿著混凝土向下傳播，通過(guò)孔中的藕合水被接收換能器接收，從而測(cè)出相應(yīng)的聲學(xué)數(shù)據(jù)，該方法受儀器發(fā)射功率的限制較為明顯，一般用于判斷判斷夾層、斷樁、縮頸等缺陷。
2.2聲波透射法的基樁檢測(cè)儀器
(1)超聲探頭�；鶚稒z測(cè)中所用的探頭一般為柱狀徑向振動(dòng)換能器，為了通過(guò)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(cè)時(shí)范圍應(yīng)大于2000μs，計(jì)時(shí)精度應(yīng)高于1μs。
(3)探頭升降系統(tǒng)。為了測(cè)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(cè)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。
3.測(cè)試方法
聲波透射測(cè)試方法主要有三種：平測(cè)法、斜測(cè)法和扇面。
3.1將發(fā)射和接收兩換能器始終保持在同一標(biāo)高上進(jìn)行測(cè)試稱(chēng)之為評(píng)測(cè)法，這種方法可以了解缺陷在樁長(zhǎng)方向上的范圍大小和損壞程度，但缺陷在樁身水平方向上的大致位置是不能被確定出來(lái)的。
3.2斜測(cè)法是指在發(fā)射和接收兩個(gè)換能器之間采用固定的高差進(jìn)行測(cè)試。一般而言，高差越大，缺陷在水平方向的范圍越精確，但是，各種干擾信號(hào)就非常強(qiáng)，測(cè)試信號(hào)比較弱，非常容易出現(xiàn)誤判的情況。因此，在測(cè)試時(shí)，為保證較好的信號(hào)，發(fā)射、接收換能器中心連線與水平面的夾角一般取30～40°，不能太大。斜測(cè)法常作為平測(cè)法的補(bǔ)充測(cè)試方法，一個(gè)測(cè)線通常需要測(cè)兩次，即第一次發(fā)射換能器比接收換能器標(biāo)高，第二次使發(fā)射換能器比接收換能器標(biāo)高低，但高差絕對(duì)值保持一致。
3.3扇形測(cè)法即固定某一固定換能器，將另一換能器等間距移動(dòng)，兩換能器高程差不停變換，形成一扇面。相比斜測(cè)法來(lái)說(shuō)，該方法操作復(fù)雜且數(shù)據(jù)處理比較麻煩，一般只在樁存在嚴(yán)重缺陷的時(shí)候采用該方法。
4.超聲波檢測(cè)中的若干體會(huì)
4.1應(yīng)正確理解并處理相關(guān)規(guī)范中關(guān)于樁身完整性的判定
基樁檢測(cè)的相關(guān)規(guī)范中，根據(jù)樁身是否存在缺陷及存在缺陷的嚴(yán)重程度，將樁的完整性分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四個(gè)類(lèi)別;并根據(jù)各檢測(cè)剖面的聲學(xué)參數(shù)異常點(diǎn)的分布情況及異常點(diǎn)的偏離程度，決定被測(cè)樁的完整性類(lèi)別;對(duì)實(shí)際的檢測(cè)數(shù)據(jù)，采用概率法確定聲速臨界值來(lái)評(píng)判聲速是否異常，采用平均幅度減去6dB作為幅度臨界值來(lái)評(píng)判幅度是否異常。但是由于混凝土是集結(jié)型的復(fù)合材料，多相復(fù)合體系，分布復(fù)雜界面(骨料、氣泡、各種缺陷)，因此其檢測(cè)的聲參數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，加上灌注樁的混凝土需要自密實(shí)、地質(zhì)條件以及成樁工藝復(fù)雜等情況，其聲參量的波動(dòng)性就更大了，因此在實(shí)際測(cè)試的過(guò)程中完全不出現(xiàn)異常測(cè)點(diǎn)的可能性較小，因此不能機(jī)械的理解并執(zhí)行規(guī)范中樁身完整性的判定標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范對(duì)聲參異常判斷均采用“可判斷”)，否則工程上很難有Ⅰ類(lèi)樁，也不符合樁的完整性分類(lèi)的定義。
4.2判斷混凝土質(zhì)量的幾種聲學(xué)參數(shù)的比較
聲速：聲速的測(cè)試值比較穩(wěn)定、重復(fù)性較好，受非缺陷因素影響小，用平均聲速減去2倍標(biāo)準(zhǔn)差作為有無(wú)缺陷的臨界值;在同一根樁的不同剖面以及同一工程混凝土配合比相同的不同樁之間相互比較，是判定混凝土質(zhì)量的主要參數(shù)，但是聲速對(duì)缺陷的敏感度不如波幅。
波幅：接收波波幅通常指首波波幅，即第一個(gè)波的前半周期的幅值，在發(fā)射強(qiáng)度一定的情況下，波幅值的大小直接反映了超聲波在混凝土中傳播衰減的情況，波幅對(duì)缺陷很敏感。用聲波波幅衰減值作為聲波波幅衰減值的臨界值;聲速離散系數(shù)判據(jù)灌注樁混凝土均質(zhì)性級(jí)別：
波形：接收波形也是反映混凝土質(zhì)量的一個(gè)重要信息，它對(duì)混凝土內(nèi)部的缺陷也很敏感，在在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，除逐點(diǎn)讀取首波的聲時(shí)、波幅外，還應(yīng)觀察整個(gè)接收波形態(tài)的變化，作為聲波透射法對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行綜合判定時(shí)的一個(gè)重要參考信息。
4.3聲學(xué)參量與缺陷性質(zhì)的關(guān)系
混凝土內(nèi)部存在缺陷必然會(huì)引起聲學(xué)參量的變化或波形畸變。
�、賹�(duì)于混凝土離析造成的骨料堆積、砂漿缺少的缺陷，由于骨料聲速高于砂漿，因此該缺陷處的聲速基本不會(huì)比正�；炷恋蜕踔疗�，但是聲波經(jīng)過(guò)的界面明顯增多，導(dǎo)致幅度下降。相反對(duì)骨料少而砂漿多的低強(qiáng)度區(qū)其波速偏低，但幅度基本不變甚至偏高。
②對(duì)于坍塌形成的縮頸、夾砂夾泥缺陷，導(dǎo)致該處的聲速、幅度較正�；炷辆忻黠@下降，因?yàn)槿毕萁橘|(zhì)的聲速低于混凝土，衰減系數(shù)高于混凝土。
�、蹣兜滓欢紊疃确秶鷥�(nèi)的波速和幅度的明顯下降表明樁底存在一定厚度的沉渣，因清孔不徹底遺留在成孔過(guò)程中的地層松散體，成分復(fù)雜、波速低、衰減大。
�、軜额^部分波速和幅度明顯、緩慢下降一般表明該范圍內(nèi)浮漿過(guò)多、強(qiáng)度較低，因?yàn)楣嘧稘仓に嚂?huì)導(dǎo)致在澆筑過(guò)程中上部骨料較少，浮漿及氣泡較多，如果澆筑到樁頭部位時(shí)上述浮漿未排除會(huì)造成波速和幅度及強(qiáng)度降低。
5.結(jié)語(yǔ)
聲波透射法是一種檢測(cè)基樁混凝土質(zhì)量行之有效的方法，其檢測(cè)方法簡(jiǎn)便、成果反映直觀、檢測(cè)精度高。檢測(cè)后的結(jié)果和鉆孔取芯的結(jié)果很是準(zhǔn)確明了，因?yàn)槁暡ㄍ干浞ú还苁桥卸ㄈ毕葸�是位置都是極其準(zhǔn)確的，因此，測(cè)量的結(jié)果完全可以作為施工單位的進(jìn)一步進(jìn)行的參照，而且這種參照不但可靠，并且科學(xué)。
參考文獻(xiàn)：
[1]馬宗治：《聲波透射法在基樁檢測(cè)中的應(yīng)用》，《今日科苑》，2007年18期
[2]羅騏先，樁基工程檢測(cè)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2003.
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