淺析鉆孔灌注樁的超聲波透射法檢測(cè)

【摘 要】鉆孔灌注樁施工過程容易產(chǎn)生夾泥、縮頸、空洞、斷樁等缺陷，采用超聲波投射法能有效對(duì)樁基礎(chǔ)工程質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并體現(xiàn)出細(xì)致性、準(zhǔn)確性、可靠性、覆蓋廣、受限制條件少等特點(diǎn)。本文對(duì)鉆孔灌注樁的超聲波透射法檢測(cè)進(jìn)行了淺顯的探析。

【關(guān)鍵詞】鉆孔灌注樁；超聲波透射法；檢測(cè)

0.引言

鉆孔灌注樁可以在任何地基上使用，無論是硬土地基還是軟土地基，而且還可以建造直徑大的成樁。但是在施工過程中，因?yàn)殂@孔灌注樁的工序復(fù)雜，且需要高技術(shù)，容易受到多種因素影響而容易產(chǎn)生夾泥、縮頸、空洞、斷樁等缺陷，采用超聲波投射法能有效對(duì)樁基礎(chǔ)工程質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并體現(xiàn)出細(xì)致性、準(zhǔn)確性、可靠性、覆蓋廣、受限制條件少等特點(diǎn)。本文對(duì)鉆孔灌注樁的超聲波透射法檢測(cè)進(jìn)行了淺顯的探析。

1.超聲波透射法檢測(cè)鉆孔灌注的基本原理

由于各種大型的鉆孔澆筑施工的出現(xiàn)，聲波透射檢測(cè)法越來越多的運(yùn)用于樁基的施工檢測(cè)當(dāng)中。由于技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字化的聲波儀在成本上大大降低，完全取代的傳統(tǒng)的聲波儀器，在使用質(zhì)量和使用效果上有了巨大的飛躍和進(jìn)步。由于技術(shù)的進(jìn)步，其判斷的誤差越來越小，判斷標(biāo)準(zhǔn)包括聲失、聲幅和聲頻，體現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[2]。鉆孔灌注樁樁身多是有不同種材料組合而成，在力學(xué)特性上體現(xiàn)出粘-彈-塑性的凝聚體特點(diǎn)，從而使鉆孔灌注樁的混凝土內(nèi)有較大的聲阻抗差異并存在許多聲學(xué)界面。超聲脈沖波在混凝土中傳播速度快與慢取決于混凝土的密實(shí)度，混凝土密實(shí)度低則聲速低，密實(shí)度高則聲速高。此外，由于混凝土的聲阻抗率顯著高于空氣聲阻抗率，但超聲遇到蜂窩、空洞等缺陷時(shí)，其頻率較高的成分衰減更快，接收信號(hào)的波幅顯著降低，進(jìn)而使頻率降低。再加上缺陷反射的脈沖波信號(hào)與直達(dá)波信號(hào)疊加而使接收信號(hào)的波形出現(xiàn)變形。因此利用超聲脈沖波在混凝土傳播時(shí)的聲學(xué)參數(shù)和波形變化，能對(duì)鉆孔灌注樁中混凝土缺陷位置和范圍進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并對(duì)其缺陷尺寸進(jìn)行計(jì)算。

2.超聲波透射法的方法和步驟

在對(duì)鉆孔灌注樁缺陷進(jìn)行檢測(cè)的過程中多采用的超聲波透射法的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)。首先，埋設(shè)聲測(cè)管。聲測(cè)管使超聲波透射法測(cè)鉆孔灌注樁時(shí)徑向換能器的通道，聲測(cè)管埋設(shè)數(shù)量與檢測(cè)的剖面數(shù)呈正相關(guān)。一般來說，聲測(cè)管埋設(shè)數(shù)量又是樁徑大小決定的，但樁徑在800mm以下，則埋設(shè)2根；當(dāng)樁徑在800mm至2000mm之間，則埋設(shè)至少3根聲測(cè)管；當(dāng)樁徑大于2000mm，則至少埋設(shè)4根聲測(cè)管。預(yù)埋聲測(cè)管布置圖，如圖1所示，該工程在施工前已預(yù)埋了三根內(nèi)徑為50mm、外徑53mm的聲測(cè)管，作為換能器的通道。測(cè)試時(shí)兩根聲測(cè)管為一組，通過清水的耦合，超聲脈沖信號(hào)從一根聲測(cè)管中的換能器中發(fā)射出去，在另一根聲測(cè)管中的換能器接收信號(hào)，聲波檢測(cè)儀采集接收到的信號(hào)，并進(jìn)行記錄與儲(chǔ)存。換能器由樁底同時(shí)往上依次檢測(cè)（每次移動(dòng)步長(zhǎng)為200mm），遍及各個(gè)截面。最后由計(jì)算機(jī)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算有關(guān)參數(shù)，并打印測(cè)試結(jié)果（如圖2所示）。

在聲測(cè)管材質(zhì)的選擇上也尤為重要，要對(duì)其強(qiáng)度和剛度進(jìn)行有效控制，確保聲測(cè)管在混凝土灌注樁中不會(huì)出現(xiàn)損壞，在實(shí)際測(cè)量中多采用鋼制波紋管。在施工過程中，將聲測(cè)管預(yù)先固定在鋼筋籠內(nèi)，用點(diǎn)焊方法將其固定在架立筋內(nèi)側(cè)，在聲測(cè)管安裝過程中，要保證其平行性，從而避免聲測(cè)管堵塞。由于聲測(cè)管的安裝與埋設(shè)質(zhì)量與檢測(cè)工作的開展以及檢測(cè)質(zhì)量有著密切聯(lián)系，因此要予以足夠的重視[4]。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的具體步驟如下：首先，要將所有儀器設(shè)備連接，并檢查各設(shè)備的供電情況，之后根據(jù)樁徑大小選擇適當(dāng)?shù)膿Q能器和儀器參數(shù)，在對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行檢測(cè)的過程中，避免對(duì)儀器參數(shù)的更改，如若必須對(duì)儀器參數(shù)進(jìn)行更改，這需要對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算校正。其次，測(cè)量整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的聲時(shí)初讀數(shù)。再次，檢測(cè)時(shí)從底部逐點(diǎn)向上檢測(cè)，并產(chǎn)生的相應(yīng)深度、聲時(shí)、波幅等數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。在此過程需要注意的是，兩個(gè)換能器必須以同一高度進(jìn)行同步移動(dòng)，每個(gè)測(cè)量的兩個(gè)換能器高度差應(yīng)控制在20mm以內(nèi)，測(cè)點(diǎn)之間的距離應(yīng)控制在250mm左右。對(duì)于可疑部位要進(jìn)行復(fù)測(cè)或加密監(jiān)測(cè)，從而準(zhǔn)確地判定鉆孔灌注樁混凝土缺陷位置和分布范圍。

3.樁身混凝土缺陷的判斷方法及樁身完整性評(píng)價(jià)

在樁身混凝土缺陷的判斷中，取得超聲波透射法測(cè)樁的聲學(xué)參數(shù)尤為必要，也是對(duì)樁身混凝土缺陷判斷的關(guān)鍵。通過超聲參數(shù)對(duì)樁身混凝土缺陷的判斷中，主要有概算法和斜率法。首先，概算法是通過對(duì)同一根樁進(jìn)行不同剖面的聲速、波幅、主頻值進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)某測(cè)點(diǎn)有一個(gè)或多個(gè)聲學(xué)參數(shù)被判為異常值，則該測(cè)點(diǎn)為存在缺陷的可疑點(diǎn)。其次，斜率法，主要用聲時(shí)t與深度曲線h相鄰測(cè)點(diǎn)的斜率k和相鄰兩點(diǎn)聲時(shí)差值的乘積Z，繪制出關(guān)于Z和深度h的曲線，以曲線的突變位置為著眼點(diǎn)，并結(jié)合波幅的變化來對(duì)存在缺陷的可疑點(diǎn)或可疑區(qū)域進(jìn)行判斷。在對(duì)鉆孔樁樁身完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程中，可將相關(guān)對(duì)樁內(nèi)缺陷特征的描述與非超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)的一些典型曲線結(jié)合起來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔樁樁身完整性評(píng)估[5]。如果樁身各檢測(cè)剖面的聲學(xué)參數(shù)均無異常，無聲速低于低限值異常，則為I類樁，否則可根據(jù)不同情況的聲學(xué)參數(shù)判斷基樁類別。

4.結(jié)語

超聲波透射法檢測(cè)鉆孔樁的技術(shù)主要通過利用非金屬超聲波檢測(cè)儀與柱狀徑向振動(dòng)換能器作為檢測(cè)系統(tǒng)，借助預(yù)埋的聲測(cè)管對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行全面、細(xì)致的檢測(cè)，在對(duì)鉆孔灌注樁樁身完整性檢測(cè)中體現(xiàn)出了較強(qiáng)的直觀性和可靠性，其應(yīng)用前景也隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷擴(kuò)廣。 [科]

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