聲波透射法在混凝土鉆孔灌注樁檢測(cè)中的應(yīng)用

王 磊

聲波透射法在混凝土鉆孔灌注樁檢測(cè)中的應(yīng)用

王 磊

鉆孔灌注樁基礎(chǔ)在道路橋梁工程中應(yīng)用比較廣泛，施工工藝及技術(shù)發(fā)展也比較成熟。但因其屬隱蔽工程，質(zhì)量控制難度大，成樁質(zhì)量受施工工藝、地質(zhì)條件等因素的影響，不可避免地容易出現(xiàn)如縮徑、夾泥、孔洞、離析，甚至斷樁的各種形態(tài)缺陷。因此，成樁后的質(zhì)量檢測(cè)就顯得尤為重要。目前，鉆孔灌注樁成樁后的質(zhì)量檢測(cè)規(guī)范有低應(yīng)變檢測(cè)，高應(yīng)變檢測(cè)，靜載荷試驗(yàn)以及超聲波檢測(cè)等，前三者在工程實(shí)踐中已得到廣泛應(yīng)用。

一、超聲波檢測(cè)鉆孔灌注樁簡(jiǎn)介

根據(jù)規(guī)范與樁直徑要求，在鉆孔灌注樁中預(yù)埋若干要互相平行的超聲波檢測(cè)導(dǎo)管。檢測(cè)前先將導(dǎo)管注滿清水，再將發(fā)射探頭和接收探頭分別放入兩根導(dǎo)管底端，發(fā)射探頭和接收探頭在同一高度，超聲波檢測(cè)儀產(chǎn)生重復(fù)的電脈沖來激勵(lì)發(fā)射探頭（發(fā)射換能器），發(fā)射探頭將電脈沖能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)能量，接收探頭將機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電振動(dòng)能量。發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波經(jīng)耦合而進(jìn)入混凝土，在混凝土中傳播后為接收探頭接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送至接收儀，經(jīng)過放大后顯示在波屏上，可以測(cè)讀傳播聲時(shí)和首波波幅，根據(jù)兩根導(dǎo)管的距離可計(jì)算出混凝土的聲速，進(jìn)而得到聲速及波幅與樁身深度的關(guān)系曲線，通過曲線可以判斷樁身混凝土均勻性，缺陷部位及缺陷性質(zhì)。

二、測(cè)前準(zhǔn)備工作

1.對(duì)聲測(cè)管管材的要求

目前常用的聲測(cè)管有鋼管、鋼質(zhì)波紋管、塑料管三種。在使用上各有優(yōu)缺點(diǎn)，無論哪種材料，都要有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證在混凝土灌注過程中不變形、不破損，同時(shí)又要有較大的透射率。鋼管的優(yōu)點(diǎn)是便于安裝、剛度大，埋置后可基本保持其平行度和平直度等，目前許多大直徑灌注樁均采用該種材料，缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。鋼質(zhì)波紋管具有管壁薄、省鋼材和抗?jié)B、耐壓、強(qiáng)度高、操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，但因柔性較大，安裝時(shí)需注意保持其軸線的平行。塑料管的聲阻抗率較低，具有較大的聲透率，但因塑料的熱膨脹系數(shù)與混凝土相差懸殊，混凝土凝結(jié)后塑料管因溫度下降而產(chǎn)生徑向和縱向收縮，有可能使之與混凝土局部脫開而造成空氣或水的夾縫，在聲路徑上會(huì)增加更多反射強(qiáng)烈的界面，容易造成誤判。因此通常用于較小樁徑。

2.聲測(cè)管的埋設(shè)要求

聲測(cè)管埋設(shè)時(shí)，必須保證各聲測(cè)管之間互相平行，探頭能在管內(nèi)順利暢通的提升或下降，埋設(shè)根數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范進(jìn)行。當(dāng)樁徑不大于0.8m時(shí)埋設(shè)2根管，樁徑在0.8~2.0m時(shí)應(yīng)不少于3根管，樁徑大于2.0m時(shí)應(yīng)不少于4根。

3.聲測(cè)管的綁扎與埋設(shè)

（1）聲測(cè)管一般用焊接或綁扎的方式固定在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，在成孔后、灌注混凝土之前隨鋼筋籠一起放置于樁孔中，聲測(cè)管應(yīng)一直埋到樁底，如果受檢樁不是通常配筋，則在無鋼筋籠處的聲測(cè)管間設(shè)加強(qiáng)箍，以保證聲測(cè)管的平行度。如果聲測(cè)管管壁薄，當(dāng)采用焊接固定時(shí)，在焊接時(shí)容易導(dǎo)致聲測(cè)管焊透，管內(nèi)出現(xiàn)凸起，換能器要么放不到底，要么往下放時(shí)不能憑借重力落下去卻不能順利拉起來，建議每隔3m粗鉛絲綁扎一道，只在管口接頭處與主筋進(jìn)行焊接。

（2）聲測(cè)管內(nèi)徑以50~60mm為宜，導(dǎo)管底部必須應(yīng)用鋼板或者用套管封住，上端加蓋，管內(nèi)無異物，管口應(yīng)高出樁頂10mm以上，且各聲測(cè)管管口高度宜一致。有的施工人員圖省事將底部砸扁焊一道，這樣也極有可能導(dǎo)致?lián)Q能器提不起來。

（3）一個(gè)標(biāo)段內(nèi)聲測(cè)管最好采用同種材料統(tǒng)一型號(hào)的鋼管，便于扣除零聲時(shí)中的誤差。

聲測(cè)管的連接和埋設(shè)質(zhì)量是保證現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作順利進(jìn)行的關(guān)鍵，也是決定檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性及試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)引起高度重視。樁身內(nèi)部混凝土波速均以該距離除以兩管間的聲時(shí)得出，如果樁身內(nèi)部某一段聲測(cè)管向樁身內(nèi)部彎曲，其波速就會(huì)偏大，反之則偏小，兩種情況統(tǒng)計(jì)的均勻性都會(huì)導(dǎo)致其等級(jí)偏差。

4.聲測(cè)管的布置

對(duì)于樁直徑為800mm的鉆孔灌注樁，2根聲測(cè)管最好沿直徑方向布置，因?yàn)樵跐不炷習(xí)r，混凝土是沿導(dǎo)管均勻向四周流淌，導(dǎo)管與樁從理論上講是兩個(gè)同心圓的關(guān)系，那么在任一直徑上所測(cè)混凝土質(zhì)量基本可以代表該截面混凝土的質(zhì)量。在實(shí)際測(cè)試中，通過聲測(cè)對(duì)某一段有缺陷的混凝土樁再用低應(yīng)變測(cè)試，二者確實(shí)互相印證，這說明通過聲測(cè)基本可以判定樁身混凝土的某些缺陷。

5.破樁頭后聲測(cè)管的保護(hù)

破樁頭時(shí)聲測(cè)管必須細(xì)心保護(hù)，如果風(fēng)鎬將聲測(cè)管鉆破導(dǎo)致里面凸起，切割聲測(cè)管后不用任何東西堵住管口而導(dǎo)致破碎的混凝土掉進(jìn)聲測(cè)管內(nèi)，都會(huì)使探頭不能順利放到管底，從而影響聲測(cè)工作的正常進(jìn)行，所以施工人員在破除樁頭時(shí)要特別小心，并采取相應(yīng)措施。

三、檢測(cè)工作

1.檢測(cè)儀器

檢測(cè)儀器一般由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一對(duì)換能器（發(fā)射與接收，接收換能器應(yīng)附帶放大器）組成。換能器（俗稱發(fā)射探頭及接收探頭）的生產(chǎn)廠家較多，一般都比較可靠。購(gòu)買后必須進(jìn)行率定，波形清楚、聲時(shí)準(zhǔn)確方可投入使用。在檢測(cè)過程中，除了考慮換能器的精度要求外，還要根據(jù)測(cè)距大小和混凝土質(zhì)量的好壞來選擇合適頻率的換能器。低頻聲波衰減慢，在介質(zhì)中傳播遠(yuǎn)，但對(duì)缺陷的敏感性和分辨力低；高頻聲波衰減快，在介質(zhì)中傳播距離短，但對(duì)缺陷的敏感性和分辨力高。一般在保證具有一定接收信號(hào)幅度的前提下，盡量使用較高頻率的換能器，以提高聲波對(duì)小缺陷的敏感性。

2.檢測(cè)前儀器的準(zhǔn)備

檢測(cè)儀器連同換能器必須每年送有關(guān)法定計(jì)量單位進(jìn)行鑒定，鑒定合格后方可使用。

鑒定后在具體檢測(cè)工作前，必須確定系統(tǒng)的零聲時(shí)。確定方法有兩種，一是按規(guī)范進(jìn)行公式計(jì)算，二是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)率定，在此簡(jiǎn)單介紹下后種方法?？扇‖F(xiàn)場(chǎng)切割下來的兩根聲測(cè)管，注滿清水緊靠在一起置于水池中，按正常檢測(cè)程序測(cè)量聲時(shí)，測(cè)3個(gè)數(shù)據(jù)取平均值作為零聲時(shí)。這種方法的好處是將儀器本身的系統(tǒng)誤差（廠方給定）包括在內(nèi)，一個(gè)工程標(biāo)段如果聲測(cè)管是同一型號(hào)的則不用更改。

在檢測(cè)前要求施工單位配合將聲測(cè)管管口焊割齊平，兩管管口基本等高，大約在破除好的樁頂之上10cm。管口焊渣清理干凈，灌滿清水，聲波檢測(cè)儀可使用內(nèi)置電源，也可以使用交流電源，但要保證交流電穩(wěn)定以免儀器受損。

3.現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作

現(xiàn)場(chǎng)工作由兩部分組成，一是檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集，二是換能器的升降（俗稱拉繩），二者配合進(jìn)行。

先用直尺量測(cè)2根聲測(cè)管的外徑距離（靠樁中心一側(cè)），精確至cm，報(bào)給數(shù)據(jù)采集人員，輸入檢測(cè)參數(shù)“測(cè)距”。正式檢測(cè)前，用假探頭（檢測(cè)用探頭直徑，重量大致相同）試放，檢查換能器是否能在聲測(cè)管內(nèi)自由升降，確信聲測(cè)管暢通后方可進(jìn)行正式檢測(cè)。

接受換能器通過放大器與聲波檢測(cè)儀連接好，打開儀器電源開關(guān)，設(shè)置參數(shù)后開始正式測(cè)試工作，先將兩換能器放至聲測(cè)管底部，由下而上每隔20~40cm測(cè)一點(diǎn)，將采集狀態(tài)置于“采樣”，示意拉線人員拉起換能器，這樣做的好處是可以看到動(dòng)態(tài)的波形變化，直至一根樁檢測(cè)結(jié)束。測(cè)完后，分析查看是否有異常測(cè)點(diǎn)（如波速、波幅過低），若有應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

4.檢測(cè)后數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)場(chǎng)工作完成后，應(yīng)將圖形打印出來，并將數(shù)據(jù)傳輸至電腦保存，檢測(cè)結(jié)果通過檢報(bào)的形勢(shì)報(bào)給有關(guān)單位，儀器也應(yīng)妥善保管，注意防水防曬。

5.檢測(cè)過程中常見問題及處理方法

（1）探頭卡住

當(dāng)卡住不太嚴(yán)重時(shí)，拉住電纜線輕輕上下抖動(dòng)，等探頭松動(dòng)即可拉出來?；蛘哂昧硪粋€(gè)探頭輕放至卡住位置，提起往下輕輕沖擊，待探頭松動(dòng)即可拉出來。有時(shí)這兩個(gè)辦法都不奏效，可試用8mm的鋼筋焊接連起來往下捅，直至探頭松動(dòng)即可拉出來。

（2）沒有波形

檢查是否斷電或電纜線被壓住。若聲時(shí)很大，該位置可能出現(xiàn)夾泥、離析等，其聲波傳播時(shí)間會(huì)大大增加。這時(shí)根據(jù)情況調(diào)節(jié)測(cè)值，直至出現(xiàn)波形為止。

（3）換能器故障

換能器碰撞聲測(cè)管內(nèi)壁或其他硬物導(dǎo)致裂痕進(jìn)水。

（4）放大器出現(xiàn)故障

將兩探頭拉出來，放在水中進(jìn)行采樣，如果沒有波形出來，基本判斷為放大器故障。

（5）數(shù)據(jù)采集儀器出現(xiàn)故障

拿到室內(nèi)，用平面換能器（不用放大器）檢測(cè)，如正常說明儀器正常，反之儀器出現(xiàn)故障。

聲波透身法是混凝土灌注樁完整性無損檢測(cè)的主要方法，可以詳細(xì)查明樁身內(nèi)部混凝土質(zhì)量的變化情況，具有較高的準(zhǔn)確度和分辨率，不受樁長(zhǎng)、樁徑尺寸限制等優(yōu)點(diǎn)，為混凝土缺陷引起樁身質(zhì)量事故的處理提供可靠的依據(jù)。當(dāng)然，對(duì)于樁身完整性的判斷，還應(yīng)結(jié)合施工地質(zhì)情況、施工工藝狀況等因素綜合考慮，這樣才能得出更加接近實(shí)際情況的判定結(jié)論

安徽省阜陽(yáng)市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)站 236029）