超聲波透射法在基樁檢測中的應(yīng)用

吳輝能

摘 要：對超聲波透射法用于基樁檢測的原理進行了總結(jié)，重點對其方法的應(yīng)用作了介紹，提出了聲測管的埋置與安裝，最后簡述了其在基樁檢測中的分析處理。只有利用超聲波透射法定性和定量指標(biāo)，才能科學(xué)評價基樁質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)基樁缺陷，并為基樁消除安全隱患提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超聲波透射法 基樁 檢測 原理

中圖分類號：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0035-02

基樁作為橋梁施工的隱蔽工程，在施工控制和發(fā)現(xiàn)問題方面較難，因此，基樁質(zhì)量檢測就顯得尤為重要?；鶚顿|(zhì)量主要體現(xiàn)在樁身完整性和地基土對基樁的承載力兩個部分，超聲波透射法不但可以檢測樁身的完整性，測出樁底沉渣的厚度，還可為地基土對樁能發(fā)揮承載力提供依據(jù)。

1 超聲波透射法用于基樁檢測的原理

超聲波在混凝土中的傳播遵循彈性波的傳播規(guī)律，同時需要通過水和空氣介質(zhì)進行傳播，但由于水和空氣介質(zhì)的剪切彈性模量為零，不能傳遞橫波，因而超聲波在基樁檢測所用的為縱波分量。超聲波檢測時需要在基樁的兩側(cè)分別設(shè)置發(fā)射點和接收點，由發(fā)射點出去的聲波會沿著多種路徑傳播，不同的路徑傳播的超聲波到達(dá)接收點的時間會不相同，若基樁完整性好，超聲波傳遞的路徑則為發(fā)射探頭與接收探頭之間的直線距離，若基樁自身出現(xiàn)離析、斷裂等問題時，會導(dǎo)致混凝土的連續(xù)性發(fā)生破壞，超聲波傳播路徑將變得異常復(fù)雜。此外超聲波在傳播過程中遇到混凝土缺陷時，會在表面發(fā)生散射和反射，導(dǎo)致超聲波的能量出現(xiàn)損失，而這樣就使得接收點收到的信號頻率和波幅降低，同時在超聲波還會出現(xiàn)相互疊加，由于反射和折射后的超聲波存在相位差和聲程，因此會使得接收到的聲波信號的波形出現(xiàn)畸變。

從以上分析中可以看出，當(dāng)混凝土基樁存在缺陷時，接收點收到的超聲波信號會發(fā)生波形畸變、振幅和波速減小、頻率變化等特征。超聲波透射法就是依據(jù)以上所述的聲學(xué)特征，通過數(shù)據(jù)結(jié)果分析，判斷基樁缺陷的范圍和位置，進而對基樁的質(zhì)量進行判定。

2 超聲波透射法在基樁檢測中的運用介紹

在利用超聲波透射法進行基樁檢測時，依據(jù)樁體中換能器通道布置方式的不同，可以分為以下3種檢測方式。

2.1 樁內(nèi)單孔透射法檢測

在某些時候可用檢測通道的數(shù)量會受到限制，甚至有時只有一個通道可用于檢測，如混凝土鉆芯取樣后需要檢測孔道周圍混凝土的質(zhì)量，這時就可采用單孔檢測法進行補充檢測。在某個孔中放置換能器，兩個換能器之間使用隔聲材料進行分隔，發(fā)射換能器所發(fā)射出的超聲波通過耦合水進入到孔壁混凝土表層，表層滑行一段后會經(jīng)過耦合水到達(dá)兩個換能轉(zhuǎn)換器上，進而獲得各項所需要的聲學(xué)參數(shù)。采用這種方式進行基樁檢測時需使用信號分析技術(shù)，以盡可能地排除管中的干擾，但若孔道內(nèi)設(shè)置了鋼制套管，則不能采用此種方法。

2.2 樁外孔透射法檢測

當(dāng)基樁內(nèi)沒有可用的換能器通道或者基樁結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始施工時，可以在樁邊的土層中進行鉆孔，以此作為檢測通道，同時可將功率較大的平面換能器放置在樁頂面處，并在樁外孔中由上而下將接收換能器緩慢放下，這時由上而下沿樁身傳播的超聲波會將穿透樁與孔之間的土層，通過孔中耦合水進入接收換能器，進而獲得每個超聲波測點的聲學(xué)參數(shù)，而依據(jù)聲學(xué)參數(shù)的變化就可初步判定基樁的質(zhì)量。但這種方法受超聲波能量的限制，可測的基樁長度不大，一般情況下只能進行縮頸、斷樁、夾層等的判定。

2.3 樁內(nèi)跨孔透射法檢測

采用樁內(nèi)跨孔透射法要預(yù)先在基樁內(nèi)埋設(shè)聲測管，待管內(nèi)注滿水后將接收和發(fā)射換能器分別安置在聲測管中，檢測時由發(fā)射換能器所發(fā)出的超聲波經(jīng)過兩管之間的混凝土而到達(dá)接收換能器，超聲波在兩換能器之間掃過的面積就是實際有效的檢測面積。另外依據(jù)現(xiàn)場條件的不同，可以采取多種測試方法來獲取聲學(xué)參數(shù)，根據(jù)各種聲學(xué)參數(shù)的變化即可對混凝土質(zhì)量進行判定。

3 聲測管的埋置與安裝

在進行聲測管埋設(shè)時需要根據(jù)基樁直徑選擇埋置方式。當(dāng)基樁直徑為0.6～1m時，可埋設(shè)兩根管；當(dāng)基樁直徑為1.0～2.5m時，可按等邊三角形埋設(shè)3根管；當(dāng)基樁直徑大于2.5m時，可按正方形埋設(shè)4根管，同時埋設(shè)的聲測管要盡可能平行，但施工中不可避免地要發(fā)生位移，但應(yīng)盡可能地控制。在聲測管安裝時，要將其固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，鋼制聲測管要每間隔2m設(shè)置一個固定點，并要將其焊接在架立筋上；PVC材質(zhì)的聲測管要每間隔1m設(shè)置一個固定點，需采用綁扎的方式固定在架立筋上，若安裝部位沒有鋼筋籠，可采用鋼筋支架進行固定。

4 超聲波透射法在基樁檢測中的分析處理

超聲波透射法進行基樁檢測所獲得的聲學(xué)參數(shù)主要有主頻、波幅和聲速，還需要對波形進行記錄和觀察，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對基樁的質(zhì)量進行判定。

4.1 聲速臨界值法

把同一剖面的聲時值從大到小排序后，按下式計算：

式中，n為測點數(shù)；k為從零開始去掉的數(shù)據(jù)個數(shù)；Vm為（n-k）個數(shù)據(jù)的平均值；Sx為（n-k）個數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差λ為與（n-k）相對應(yīng)的系數(shù)；V0為異常判斷值。當(dāng)參與統(tǒng)計聲速有≤V0數(shù)據(jù)，則去掉≤V0的數(shù)據(jù)，重新按上式計算，直到剩余的全部數(shù)據(jù)均大于V0時，V0可作為異常判斷臨界值VC，所有數(shù)據(jù)中≤VC的數(shù)據(jù)判定為異常。

4.2 概率法分析

基樁施工期間受到外界條件的干擾而出現(xiàn)的各種缺陷，可以被認(rèn)為失誤差而導(dǎo)致缺陷的出現(xiàn)，而由于缺陷處的混凝土質(zhì)量會偏離正常的正態(tài)分布，因此所獲得的超聲波聲學(xué)參數(shù)也會出現(xiàn)與正態(tài)分布偏離的情況，為此根據(jù)所獲得的聲學(xué)參數(shù)異常值可判定基樁缺陷區(qū)的位置。

4.3 聲陰影重疊法分析

當(dāng)超聲波通過基樁缺陷區(qū)時，缺陷背面的聲波強度將降低，并會出現(xiàn)聲輻射陰影區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)接收到的聲波幅度降低、聲時變大、波形出現(xiàn)畸變，若沿著兩個不同的方向進行基樁檢測，可以獲得不同的陰影區(qū)，兩個方向陰影區(qū)重疊部分即為缺陷區(qū)的確切位置。由于超聲波在混凝土傳播過程中發(fā)生的折射和反射使得陰影區(qū)的邊界不清晰，這時就需采用頻率、波幅、聲時等參數(shù)進行綜合判斷，由于波幅的敏感性最強，判斷時應(yīng)給予較高的“權(quán)數(shù)”。當(dāng)需要明確混凝土基樁橫截面缺陷的準(zhǔn)確位置，就需要采用多個測向檢測，并將不同的測向陰影區(qū)進行疊加，重疊區(qū)就是混凝土基樁的缺陷區(qū)。

5 結(jié)語

總之，超聲波透射法基樁質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)綜合了聲速臨界值法、聲陰影重疊法、概率法，可以為工程處理提供依據(jù)，同時檢測人員對聲測管埋置方法的了解程度也將是檢測準(zhǔn)確度的影響因素，因此，檢測人員可通過結(jié)合場地工程地質(zhì)特征，初步分析缺陷的原因，以此可對施工有一定指導(dǎo)意義。

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