關于聲波透射法樁基檢測的應用分析

王朝龍　陶雄　李艷

（云南航天工程物探檢測股份有限公司　云南　昆明　650217）

關于聲波透射法樁基檢測的應用分析

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（云南航天工程物探檢測股份有限公司云南昆明650217）

隨著橋梁建筑的發(fā)展，聲波透射法被廣泛應用于樁基檢測工程中。本文介紹了聲波透射法的基本原理，結合實際應用中出現(xiàn)的問題，提出了可行性建議，以期為相關從業(yè)人員提供施工依據(jù)，提高工程質量。

聲波透射法；樁基檢測；應用分析

隨著科學技術的發(fā)展，聲波測試技術被廣泛應用于各個領域，在建筑工程的檢測中發(fā)揮的作用更不容小覷。大量的工程實踐證明，聲波投射法能準確檢測樁身的缺陷及其位置，為工程質量提供了可靠的保證，在未來的工程建設中，這一技術具有廣闊的發(fā)展前景。

1　聲波透射法的基本原理

樁基是由水泥石、水和空氣間隙組成的多相非均質材料。在實際的工程中，會由于外界因素或施工技術的原因導致樁基中存在孔洞、間隙。夾砂或裂縫，一方面造成建筑工程安全系數(shù)降低，一方面可以借助聲學原理對樁基進行檢測。

從物理角度講，聲波是一種常見的彈性波，若將混凝土作為彈性體，則聲波在混凝土中的傳播服從物理學規(guī)律。由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內發(fā)高頻彈性脈沖波，用高精度接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內傳播過程中表現(xiàn)的波動特征。當混凝土內部存在不連續(xù)或破損界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波達到該界面時，產生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低；當混凝土內部存在松散、蜂窩孔洞等缺陷時，會破壞混凝土介質的連續(xù)性，使聲波的傳播路徑發(fā)生變化，在繞過缺陷點傳播時，將產生波的散射和繞射，根據(jù)波的初始到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特征，可獲取測得范圍內混凝土的聲學參數(shù)。測試記錄不同測試剖面、不同高度上的超聲波的特征，經過處理分析就能獲得測試區(qū)內混凝土的參考強度和內部存在缺陷的性質、大小及空間位置[1]。簡而言之，聲波透射法樁基檢測就是根據(jù)聲波在介質中的參數(shù)變化，人為分析判別缺陷的位置，為提高混凝土質量提供依據(jù)。

2　儀器設備要求

2.1聲波發(fā)射與接收換能器應符合下列要求

（1）圓柱狀徑向振動，沿徑向無指向性；

（2）外徑小于聲測管內徑，有效工作面軸向長度不大于150mm；

（3）諧振頻率宜為30～50kHz；

（4）水密性滿足1MPa水壓不滲水。

2.2聲波檢測儀應符合下列要求

（1）具有實時顯示和記錄接收信號的時程曲線以及頻率測量或頻譜分析功能；

（2）聲時測量分辨力優(yōu)于或等于0.5μs；

（3）聲波幅值測量相對誤差小于5％；

（4）系統(tǒng)頻帶寬度為1～200kHz，系統(tǒng)最大動態(tài)范圍不小于100dB；

（5）聲波發(fā)射脈沖宜為階躍或矩形脈沖，電壓幅值為200～1000V[2]。

3　與混凝土質量相關的聲學參數(shù)

3.1聲速

聲速與混凝土彈性性質、混凝土內部結構有關，聲速是判定混凝土質量的重要參數(shù)，與聲波波幅相比，聲速對缺陷位置的敏感度不夠敏銳。

3.2波幅

波幅通常是指接受波中的首波波幅，它反映了聲波在介質中的衰減情況，能夠很敏銳地檢測出缺陷點，是工程檢測中的重要依據(jù)。

3.3主頻

主頻是指接受波的主頻，反應聲波在傳播過程中的衰減情況，在實際的監(jiān)測工程中，它作為判定混凝土質量的輔助指標。

3.4波形

混凝土的質量可以直接從接受波波形上反應出來，波形對混凝土內部的缺陷點極為敏感，是聲波透射法中最重要的參數(shù)[3]。

4　樁身質量缺陷的判定

聲波穿過混凝土后接受換能器接收信號，信號中含有混凝土的諸多信息。聲波透射法樁基檢測的關鍵問題就是把諸多的信息加以分析并予以定量，將接收器接受的聲波信號與混凝土內部缺陷聯(lián)系起來，得到有力的證據(jù)。上文提到的聲速、波幅、主頻和波形都是判斷混凝土內部缺陷的有效物理參數(shù)[4]。

由聲波穿過混凝土所需的時間通過計算后得到聲速。在兩根平行的聲測管中，如果混凝土質量均勻，內部也不存在缺陷，那么個橫截面所測得的聲速時值是相同的；當混凝土內部存在缺陷時，缺陷區(qū)的存在使聲速遠小于完好無損的混凝土，穿越時間加大。當缺陷中的物質與混凝土的聲阻抗不同時，界面透過率低，聲波繞過缺陷不穩(wěn)繼續(xù)傳播，波形將出現(xiàn)彎曲，判定出混凝土質量問題。

波幅值越低，超聲脈沖在混凝土中的衰減程度就越大，由聲波衰減的原因可知，混凝土中必然存在低強度區(qū)或離析區(qū)，即混凝土中存在夾泥或蜂窩。波幅的幅值可以直接從接受器上觀察，波幅值與混凝土質量有密切的相關性。

樁身完整性判定海域外界復雜的因素有關，判定時可以根據(jù)具體的施工工藝和施工技術進行分析，結合聲波中的主要參數(shù)對混凝土加以明確的綜合性判定。

5　聲波透射法現(xiàn)場檢測

5.1聲測管的埋設

在利用聲波透射法對樁基進行檢測之前，必須在施工的過程中預埋聲測管。聲測管內徑55±5mm，聲測管的埋設數(shù)量由樁徑大小決定，沿樁截面外側對稱埋設。樁基需采用合適的方法固定，確保位置平正，成樁后相互平行。連接聲測管時，保證連接處光滑過渡，確保探頭的移動不會受到影響。每個聲測管管口的高度應該一致，管口應高出樁頂10cm以上。一般可用清水作為聲測管中的耦合劑，聲測管下端封閉，防止漏水，也可將聲測管下端連通，以便必要時可用高壓水疏通聲測管，聲測管上端加蓋，避免有異物落入[5]。

5.2平測普查

平測普查的步驟如下：

（1）用兩根聲測管作為一個檢測剖面的方式將多根聲測管進行組合。

（2）把發(fā)射和接受換能器放在檢測剖面的聲測管里，工作人員應保證在放置過程中維持相同的高度。

（3）在安裝發(fā)射和接受換能器時，可以用自下而上或自上而下的方式向上提或向下放，施工過程中應保證發(fā)射和接受換能器位置不會出現(xiàn)偏差，發(fā)射和接收換能器要以相同的標高進行同步升降，累計誤差不得超過20mm，并對誤差及時矯正。

（4）如果施工過程中出現(xiàn)異常，必須降低移動的距離，做水平加密檢測。

（5）在對同一樁的不同監(jiān)測面進行檢測時，聲波發(fā)射電壓和儀器的設置參數(shù)應保持不變[6]。

5.3缺陷細測

對平測普查數(shù)據(jù)進行分析后，可以根據(jù)聲速和波幅等相關參數(shù)找出樁基中的可疑測區(qū)。對可疑測區(qū)進行加密檢測，將可疑測區(qū)的異常情況加以核實和分析，確定可疑測區(qū)的縱向范圍，再對可以測區(qū)進行深入的探測，具體方法是利用斜測法。斜測法是保證發(fā)射和接受換能器維持一定的高程差，在聲測管內以相同的距離進行測試。

6　檢測過程中常見的問題分析

6.1檢測信號瞬間消失

聲測管漏水或系統(tǒng)故障均會造成檢測信號消失的故障。在處理這類問題時，具體的解決辦法是檢查聲測管內的水況，可在檢查聲測管是否破裂后往聲測管中注水直至故障問題消失，或者將換能器提出聲測管，觀察是否有波形，若無接收波形，可以判定時系統(tǒng)故障，檢查系統(tǒng)中的各設備。

6.2發(fā)射波形正常，接收波形不穩(wěn)定

換能器下水測試時波形正常，而后波形不穩(wěn)定，甚至無法接收到波形，提出聲測管或換能器干燥后波形又恢復正常。造成這種現(xiàn)象的原因是換能器信號線破損造成，這時可直接更換換能器。

6.3樁頭最后的測點聲速和幅度極具下降

造成該現(xiàn)象的原因可能是使用機械設備剔除樁頭時，不小心致使聲測管與混凝土脫離或者混凝土局部破損。具體的處理方式可以在聲測管外壁或樁頭中加入清水，直至故障消除。

7　結語

聲波透射法具有準確度高、可定量分析出樁身缺陷的大小和確切部位，現(xiàn)已被廣泛應用于工程檢測中。隨著城市建設的發(fā)展，聲波檢測技術具有廣闊的市場前景。在目前的技術階段，聲波的應用還存在著一些缺點亟待解決，例如檢測費用高、檢測速度慢等，在未來的發(fā)展中，對此檢測技術還應不斷完善。

[1]劉增永，徐日慶.超聲波透射法在樁基檢測中的應用[J].低溫建筑技術，2010，45（2）：69～71.

[2]韓雨，楊偉.聲波透射法在橋梁樁基檢測中的案例分析[J].科學技術與工程，2011，11（7）：1617～1619.

[3]王昌達，季鵬，張仕洲，等.聲波透射法檢測基樁完整性的影響因素[J].現(xiàn)代交通技術，2012，7（5）：47～49.

[4]周涌泉.聲波透射法在樁基檢測中的應用[J].交通建設與管理，2014 （04）：40～41.

[5]馬驥.聲波透射法在樁基檢測中應用[J].江西建材，2012，47（3）：82～83.

[6]陽亮，李均，劉宗濤，等.聲波透射法在樁基質量檢測中的應用[J].低溫建筑技術，2014，31（1）：90～92.

U445.15

A

1673-0038（2015）22-0116-02

2015-5-15

王朝龍（1986-），男，云南保山人，助理工程師，本科，從事工程檢測工作。

陶雄（1985-），男，云南宣威人，助理工程師，本科，從事工程檢測工作。