淺談超聲波在樁基檢測中的應用

朱宗月

[摘要]樁基，是一個工程的地下結(jié)構(gòu)之一，因為位于地下，所以檢測具有一定的難度，必須使用一些現(xiàn)代化的、專業(yè)的儀器和設備才能進行檢測工作。目前，超聲波法是檢測樁基使用頻率最多的方法之一，其檢測準確率較高，應用較為廣泛。本文試對超聲波法的工作原理進行了系統(tǒng)概述，并就其在樁基檢測中的工程中的應用進行了相關研究。

[關鍵詞]超聲波；樁基；檢測；應用

1引言

近些年來，各類超聲波測試技術發(fā)展迅猛，作為彈性波測試方法之一，超聲波透射法的發(fā)展尤為突出。隨著我國樁基工程的施工技術的不斷成熟和完善，樁基礎在工程中的應用越來越廣泛，超聲波透射法檢測技術也越成熟，在今后的樁基檢測中將會得到更廣泛的應用。

2超聲波檢測技術及方法

聲波透射法檢測混凝土的工作原理是經(jīng)發(fā)射換能器向諸如混凝土的固體介質(zhì)發(fā)射超聲波，超聲波在混凝土中的傳播過程中經(jīng)過物理特性調(diào)制，再經(jīng)接收換能器接收超聲波，聲波儀接受到超聲波信號，再經(jīng)過分析研究，來確定混凝土內(nèi)部缺陷的位置、大小和性質(zhì)?；炷潦且环N多相非均勻的復雜的多孔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部有許多不同聲阻抗的聲學界面，超聲波在混凝土中的傳播過程中會出現(xiàn)眾多復雜的聲學現(xiàn)象，比如反射、折射、散射、波形發(fā)生畸變或多種現(xiàn)象雜揉在一起。用聲波透射法檢測混凝土質(zhì)量情況時，通過觀察和分析超聲儀器中的聲學參數(shù)：聲速、波幅、頻率等，來判斷混凝土的質(zhì)量情況。

現(xiàn)場檢測示意圖

（1）將各聲測管內(nèi)注滿清水，發(fā)射與接收聲波換能器通過深度標志分別置于兩根聲測管中，如圖1所示。

（2）平測時，聲波發(fā)射與接收聲波換能器始終保持相同深度，斜測時，聲波發(fā)射與接收換能器始終保持固定高差，且兩個換能器中點連接的水平夾角不應大于30°。

（3）聲波發(fā)射與接收換能器從樁底向上同步提升，聲測線間距不應大于100mm；提升過程中，應校核換能器的深度和校正換能器的高差，并確保測試波形的穩(wěn)定性，提升速度不宜大于0.5m/s。

（4）通過發(fā)出和接收聲波信號，可以檢測出兩跨孔間介質(zhì)的聲時參數(shù)，當發(fā)現(xiàn)讀數(shù)異常時，加密測點間距進行詳測。聲測管編號以正北方向順時針開始第一根管為A，如圖2所示。

3工程實例分析

某試驗段主要工程量：路基開挖土方161.1萬方，填筑土方235萬方；防護工程3.54萬方，排水工程2.09萬方；互通式立交2處，特大橋2117m/3座，大橋1288.5m/6座，中橋479m/6座，天橋522m/6座，橋式通道175m/7道，蓋板暗涵13道，通道涵18道。

本工作任務主要是試樁9#樁：設計樁徑：2.5m：設計樁長：76m進行超聲波檢測，綜合利用聲速判斷法、CT成像、鉆芯取樣分別確定樁體完整性、缺陷發(fā)生位置及質(zhì)量類別。

3.1超聲波檢測

3.2超聲波CT成像

圖4中上部5米，由于部分聲測管水量減少，導致樁頭數(shù)據(jù)異常。在20米附件有部分小缺陷殘留，由于缺陷較小，樁直徑大，跨距大。此類小缺陷，在聲測波形中表現(xiàn)并不明顯。

從圖5CT成像圖可以看出，在34米附近整樁有明顯的聲速變化。在40-50m處無明顯異常。

從圖6CT成像圖可以看出，50-60m間和60-76m間樁基無明顯異常。

3.3鉆芯檢測

3.4波形、芯樣對比分析說明

（1）超聲波、超聲波CT成像集中表現(xiàn)，在34米附件有層狀缺陷（靠近34面較輕微）。同時對比取芯芯樣，在34米附件完整。分析說明：大直徑灌注樁，取芯芯樣并不一定可以完全代表樁身內(nèi)部的情況，受取芯數(shù)量的影響。最終判斷此樁在33.8m～34.2m缺陷嚴重。后分析原因，造成這個情況是由于施工方在施工過程中，清孔不徹底，沉渣過厚，在灌注到此深度時未能連續(xù)，長時間停頓造成。

（2）通過對在2、3號管之間的鉆芯孔的芯樣的觀察，在21m～23m之間樁身存在嚴重離析。對比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的超聲波檢測波形，在此處并未發(fā)現(xiàn)明顯變化。然而通過運用超聲波CT對整樁的成像分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，在次深度樁身確實有部分異常區(qū)域，但也只是局部缺陷。對樁身整體使用影響有限。分析說明：基于超聲波的原理，隨著樁身直徑、跨距的增大，超聲波波形，對局部小缺陷的反應靈敏度下降，所以在傳圖超聲波波形上，沒有明顯異常。針對在21m-23m之間樁身存在嚴重離析情況，通過現(xiàn)場對施工技術人員和監(jiān)理人員提供的信息分析，該部位應該存在裂隙，導致混凝土漿液流失，造成混凝土離析。

4結(jié)論

該試驗樁9#為Ⅲ類樁，樁身在33.4m-34.2m范圍內(nèi)有缺陷。

5意見及建議

在后期的施工過程中應注意以下幾點。

（1）加大對成孔質(zhì)量的把控，關注孔徑及傾斜度是否合格。

（2）加強成孔護壁厚度，確保不踏孔。

（3）聲測管在鋼筋籠上的固定要好，控制聲測管接縫處的質(zhì)量，規(guī)范操作。

（4）在施工過程中，尤其是大直徑樁，可根據(jù)實際情況，靈活調(diào)節(jié)灌注混凝土速度，從而保證灌注的連續(xù)性。