聲波透射法在檢測樁基完整性中的應用研究

張建寧，王寶輝，景明成，孫照玉，林燕生（甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司，甘肅　蘭州　730000）

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聲波透射法在檢測樁基完整性中的應用研究

張建寧，王寶輝，景明成，孫照玉，林燕生
（甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司，甘肅蘭州730000）

摘要：對超聲波透射法樁基檢測的原理、測試方法及步驟進行了詳細闡述，并通過實際工程事例，詳細分析了如何利用檢測數(shù)據(jù)對樁身完整性進行判定，對相關工程有一定的借鑒意義和參考價值。

關鍵詞：超聲波透射法；樁基；完整性

1　概述

近些年來，隨著國家對基礎建設項目投入的不斷增加，在各類工程結(jié)構(gòu)中，樁基作為其重要組成部分和主要的基礎形式被廣泛應用起來[1]。

混凝土灌注樁基屬于隱蔽性工程[2]，通常無法從外觀上可以看到樁基質(zhì)量的好壞。由于施工現(xiàn)場環(huán)境或者施工管理等因素的影響，成型后的樁基樁身可能存在縮頸、夾泥、孔洞等多重有害缺陷[3]。據(jù)統(tǒng)計，在混凝土灌注樁基施工過程中出現(xiàn)質(zhì)量缺陷的概率甚至高達20%以上，這在很大程度上影響了樁身的完整性和單樁的承載能力[4，5]，嚴重影響著工程建設進度和結(jié)構(gòu)物的安全。因此，混凝土灌注樁基的成樁質(zhì)量檢測己引起廣泛關注，準確地發(fā)現(xiàn)樁基中存在的隱患及危害，方便、快捷地對樁基的缺陷開展有效檢測及判斷，對工程項目建設的安全有序進行有著極為重要的意義。

2　超聲檢測原理及方法

2.1超聲檢測原理

超聲波是一種機械波，所以機械振動和波動是超聲測試的物理基礎，而且它又是彈性波測試方法中的一種，它的理論基礎是固體介質(zhì)中彈性波的傳播理論。樁基聲波透射法是在樁內(nèi)預埋縱向聲測管，管中充滿水作為耦合劑，將超聲脈沖發(fā)射探頭和接收探頭置于聲測管中，由儀器發(fā)出周期性電脈沖，通過發(fā)射探頭發(fā)射并穿透混凝土，被接收探頭接收并轉(zhuǎn)換成電信號。由儀器中測出超聲脈沖穿過樁體所需時間、接收波幅值、接收脈沖主頻率、接收波形及頻譜等參數(shù)。然后由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)判斷軟件對接收信號的各種參數(shù)進行綜合判斷和分析，實現(xiàn)對樁基內(nèi)部各種缺陷的性質(zhì)、大小、位置作出判斷，并給出混凝土總體均勻性和強度等級的評價指標。

2.2聲測管埋設及測試準備

2.2.1聲測管埋設

當樁徑不大于1500mm時，埋設三根管；當樁徑大于1500mm時，埋設四根管（如圖1所示）。

圖1　測管布置圖（注：圖中陰影為聲波的有效檢測范圍）

聲測管采用金屬管，其內(nèi)徑應比換能器外徑大15mm，管的連接采用螺紋連接，且不漏水。聲測管應牢固焊接或綁扎在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，定位準確，并埋設至樁底，管口應高出樁頂面300mm以上，聲測管之間應保持平行，否則對測試結(jié)果造成很大影響，甚至導致檢測方法失效：聲測管兩兩組合形成的每一個檢測剖面。我們以樁頂面兩聲測管之間邊緣距離作為該剖面所有測點的測距，在兩聲測管相互平行的條件下，這樣處理是可行的。但兩聲測管不平行時，在實測過程中，檢測人員往往把因測距的變化導致的聲學參數(shù)的變化誤認為是混凝土質(zhì)量差別所致，而聲參數(shù)對測距的變化都很敏感。這必將給檢測數(shù)據(jù)的分析、結(jié)果的判定帶來嚴重影響。

2.2.2檢測前的準備

1）被檢樁的混凝土齡期大于14d；2）聲測管內(nèi)灌滿清水，且保持暢通；3）調(diào)查、收集待檢工程及受檢樁的相關技術(shù)資料和施工記錄，比如樁的類型、尺寸、標高、施工工藝、地質(zhì)狀況、設計參數(shù)、樁身混凝土參數(shù)、施工過程及異常情況記錄等信息；4）在放置換能器前，先用直徑與換能器略同的圓鋼作吊繩。檢查聲測管的通暢情況，以免換能器卡住后取不上來或換能器電纜被拉斷，造成損失。有時，對局部漏漿或焊渣造成的阻塞可用鋼筋導通；5）用鋼卷尺測量樁頂面各聲測管之間外壁凈距離，作為相應的兩聲測管組成的檢測剖面各測點測距，測試誤差小于1%；6）測試時徑向換能器宜配置扶正器，尤其是聲測管內(nèi)徑明顯大于換能器直徑時，換能器的居中情況對首波波幅的檢測值有明顯影響。

2.2.3現(xiàn)場檢測

1）平測普查(如圖2所示)。將多根聲測管以兩根為一個檢測剖面進行全組合。將發(fā)、收換能器分別置于某一剖面的兩聲測管中，并放至樁的底部，保持相同標高。

自下而上將發(fā)、收換能器以相同的步長（一般不宜大于250mm）向上提升。每提升一次，進行一次測試，實時顯示和記錄測點的聲波信號的時程曲線，讀取聲時、首波幅值和周期值。重點是聲時和波幅，同時也要注意實測波形的變化；

圖2　平測普查

圖3　斜測細查

2）對可疑測點的細測（加密平測、斜測、扇形掃測，如圖3所示）。通過對平測普查的數(shù)據(jù)分析，可以根據(jù)聲時、波幅和主頻等聲學參數(shù)相對變化及實測波形的形態(tài)，找出可疑測點。

對可疑測點，先進行加密平測（換能器提升步長為10～20cm），核實可疑點的異常情況，并確定異常部位的縱向范圍。再用斜測法對異常點缺陷的嚴重情況進行進一步的探測。斜測(如圖3（a）所示)就是讓發(fā)、收換能器保持一定的高程差，在聲測管內(nèi)以相同步長同步升降進行測試，而不是象平測那樣讓發(fā)、收換能器在檢測過程中始終保持相同的高程。斜測又分為單向斜測和交叉斜測（如圖3（b）所示）。由于徑向換能器在鉛垂面上存在指向性，因此，斜測時，收、發(fā)換能器中心連線與水平面的夾角不能太大，一般取30°～40°。

3　工程實例

某工程采用沖孔灌注樁基礎，設計樁徑Φ1500mm，樁身混凝土設計強度等級為C25，該缺陷樁施工樁長39.40m。

檢測結(jié)果（如圖4所示）：該受檢樁樁身混凝土在0.00～2.0m，聲速、幅值均低于臨界值，PSD曲線畸變，缺陷處實測波速與平均波速偏離200m/s左右，缺陷處實測幅值與平均幅值偏離10dB左右。缺陷處首播波形與正?；炷料辔幌喾矗茢嘣撎幓炷龄摻畋Ｗo層厚度偏低，局部漏筋。

圖4　缺陷部位漏筋

4　結(jié)論

通過結(jié)合跨孔超聲波透射法在樁基檢測的工程實際，可以發(fā)現(xiàn)：1)跨孔超聲波透射法是檢測混凝土內(nèi)部質(zhì)量的一種有效方法，它可以詳細查明樁身內(nèi)部混凝土質(zhì)量的變化情況，具有較高的準確度和分辯率，檢測效果明顯；2)跨孔

超聲波透射法能檢測沿樁身長度的任意一個截面的質(zhì)量，尤其對大樁徑和超長樁，比動測法反映樁基質(zhì)量更細致、更精確；3)混凝土質(zhì)量超聲波檢測的應用，為混凝土的質(zhì)量處理提供了可靠的依據(jù)。

參考文獻:

[1]蔡裕恩.超聲波透射法在混凝土灌注樁檢測中的應用[J].物探與化探,2005,29(3):276-278.

[2]沈忠武.鉆孔灌注樁施工中鋼筋籠偏位及斷樁的處理方法[J].鐵道工程學報,2009(5):12-15.

[3]張存亮,張存明,席建濤,等.跨孔透射法在灌注樁檢測中的應用[J].混凝土,2011(7):148-150.

[4]趙柏冬.單樁承載力的測定及研宄[J].遼寧工程技術(shù)大學學報,2002,21(2):171-173.

[5]周明星,程寶輝.橋梁基樁豎向承載力檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].橋梁建設,2009(z2):l-6.

中圖分類號：TU473.1