超聲波無損檢測(cè)技術(shù)在樁基工程中的應(yīng)用

張 志 成

(天津華勘集團(tuán)有限公司，天津 300181)

0 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，各個(gè)建筑開始面向高層與超高層的方向發(fā)展，上端的荷載量變得越來越大，樁基規(guī)格也比以往發(fā)生了較大的改變。樁基技術(shù)屬于建筑工程的隱藏構(gòu)成，具備多種影響因素，施工期間也存在很多質(zhì)量問題，而利用一般的檢測(cè)方法往往很難進(jìn)行判別。當(dāng)前存在多種樁基工程的檢測(cè)方法，其中最為常用且有效的便是超聲波無損檢測(cè)技術(shù)，其具備十分重要的作用。

1 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)

1.1 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的原理

超聲波無損檢測(cè)技術(shù)主要利用了空氣中聲波的傳遞、反射等條件轉(zhuǎn)換，可以對(duì)物體進(jìn)行有效檢測(cè)，以便在不損害被測(cè)對(duì)象的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)其缺陷、不均勻性以及不完整性，找出缺陷的具體位置與數(shù)量。當(dāng)前，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用至航海、航天以及建筑等工程中。 超聲波在異物中的傳導(dǎo)性屬于其檢測(cè)原理：1)利用超聲波檢測(cè)被檢測(cè)物體時(shí)，一定范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生超聲波，且其可以將被測(cè)物體產(chǎn)生的聲源導(dǎo)入至檢測(cè)試件中。2)在試件中傳導(dǎo)超聲波時(shí)，其與試件材料以及檢測(cè)的相關(guān)物體缺陷產(chǎn)生作用，改變超聲波的傳導(dǎo)方向。3)檢測(cè)設(shè)備會(huì)接受改變狀態(tài)后的超聲波，為工作人員提供更多的分析依據(jù)。4)工作人員可以根據(jù)超聲波的檢測(cè)特性分析檢測(cè)物體是否存在缺陷問題。

1.2 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1)超聲波無損檢測(cè)技術(shù)被廣泛檢測(cè)金屬、非金屬以及復(fù)合類材料，且具備較強(qiáng)的穿透力，可以直接檢測(cè)厚度范圍較大的物體缺陷。比如超聲波技術(shù)可以直接檢測(cè)2 m范圍內(nèi)的金屬物體，也可以穿透較長的鋼管。2)超聲波無損檢測(cè)技術(shù)可以直接定位缺陷部位，檢測(cè)較大面積缺陷的準(zhǔn)確率超過了30%，具備較高的靈敏度，可以準(zhǔn)確定位面積較小的缺陷部位。3)超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的成本較低，且可以快速檢測(cè)，不會(huì)損害周圍的環(huán)境，更適用于檢測(cè)施工質(zhì)量。

1.3 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)

近年來，雖然在各個(gè)工程質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目中，超聲波無損技術(shù)均得到了有效采用，其存在很多檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，但在檢測(cè)復(fù)雜性較強(qiáng)或者不規(guī)則性的物體時(shí)，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)不能確保較高的準(zhǔn)確率。雖然超聲波無損檢測(cè)技術(shù)可以有效定位檢測(cè)物體的缺陷部位，但工作人員需要細(xì)致研究定量數(shù)據(jù)。除此之外，若被檢測(cè)物體中存在晶質(zhì)物體，則還會(huì)影響最終的檢測(cè)結(jié)果，若檢測(cè)期間采用了手工脈沖方法也會(huì)直接影響檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性。

2 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)在樁基工程中的應(yīng)用

2.1 對(duì)樁基承載力的檢測(cè)

在檢測(cè)樁基工程的承載力時(shí)，超聲波無損檢測(cè)技術(shù)分為兩個(gè)部分，采用高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法與靜荷載試驗(yàn)法。其中，靜荷載檢測(cè)方法主要分析樁基的縱向承載力，工作人員在樁基頂端施加靜載荷力，檢測(cè)得到PS曲線，通過曲線的基本特征判斷樁基的實(shí)際承載力，并準(zhǔn)確分析樁基的施工質(zhì)量水平。但靜載荷檢測(cè)需要較長的時(shí)間，且花費(fèi)成本較高，無法獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。而高應(yīng)變屬于動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，可以有效判斷樁基的完整性以及其自身的單樁縱向承載力，在檢測(cè)過程中，施工人員主要采用自由落體的方式打擊樁基頂端，期間使用大于樁身質(zhì)量的力度，通過分析頂端傳出的超聲波判斷動(dòng)力系數(shù)，并分析計(jì)算樁基的實(shí)際承載力量。

2.2 對(duì)樁基完整性的檢測(cè)

低應(yīng)變動(dòng)檢測(cè)技術(shù)可以有效檢測(cè)樁基的完整性，其主要將較低的振動(dòng)能量施加于樁基頂部，引發(fā)基身與土體的共振，之后工作人員利用適宜的設(shè)備與儀器檢測(cè)基頂振動(dòng)的速度，利用超聲波振動(dòng)原理檢測(cè)超聲波的反射數(shù)據(jù)，從而在確定樁基承載能力的同時(shí)判別樁基自身的施工質(zhì)量以及完整性與均勻性。在檢測(cè)樁基完整性時(shí)，工作人員還可以利用超聲波透射方法，其主要檢測(cè)超聲波在混凝土中的具體傳導(dǎo)參數(shù)，比如波傳導(dǎo)中的聲速、幅度以及頻率等，分析聲波的傳導(dǎo)狀態(tài)以便準(zhǔn)確判定混凝土的完整性與均勻性，找出其中的缺陷部位。由此看出，在判斷樁基缺陷部位與大小狀態(tài)時(shí)，可以采用超聲波透射法，從而更好的保證樁基的施工質(zhì)量水平。

3 超聲波無損檢測(cè)技術(shù)的注意事項(xiàng)

1)應(yīng)注意聲測(cè)管的漏漿影響，混凝土在澆筑橋梁樁身時(shí)具備一定的流動(dòng)性，且存在較大壓力。若期間沒有做好聲測(cè)管接頭的安裝工作，則聲波會(huì)穿透此處的泥漿，若缺陷部位較少，則會(huì)導(dǎo)致誤判問題。2)樁基年齡的影響，樁基年齡在超聲波無損檢測(cè)期間具備較大的影響。對(duì)于樁基檢測(cè)，國家要求樁基齡期應(yīng)在14 d以后，最短為7 d以后，若樁基齡期沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則檢測(cè)期間的信號(hào)較弱，且波形并不穩(wěn)定，無法達(dá)到預(yù)期的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 工程實(shí)例分析

4.1 工程情況

某工程項(xiàng)目占據(jù)面積約為136 000 m2，整個(gè)建筑場(chǎng)地長約為384 m，寬約為354 m。工程地質(zhì)屬于海陸交互沉積地層，主要為雜填土與黏土組成，土層并不均勻，且場(chǎng)地地下水為上層滯水與微承壓水，平均水位標(biāo)準(zhǔn)高度為2.03 m。根據(jù)實(shí)際荷載要求以及施工土質(zhì)條件，復(fù)合地基主體應(yīng)采用樁長為18 m，樁徑為1 m的鉆孔灌注樁。在施工前，超聲波發(fā)射與接受裝置的工作通道為預(yù)埋的4個(gè)聲測(cè)管，檢測(cè)時(shí)工作人員可以在聲測(cè)管中注滿清水，利用水傳輸?shù)鸟詈献饔脺y(cè)定波速以及具體幅度，并在儀器中儲(chǔ)存相關(guān)的采集記錄。

4.2 檢測(cè)分析

由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的基礎(chǔ)樁中選取鉆芯法驗(yàn)證質(zhì)量的鉆孔灌注樁作為分析實(shí)例，利用超聲波檢測(cè)方法判斷樁體的完整性以及實(shí)際的缺陷部位。通過分析實(shí)際參數(shù)，可知被測(cè)樁基屬于常規(guī)樁型，深度尺寸一致，波幅與波速的臨界值深度大小一致。下面對(duì)比分析PSD判斷法、波幅分析法以及波速對(duì)比法在判別樁基完整性與施工質(zhì)量方面的過程。首先是PSD判別法，其可以準(zhǔn)確反映樁體發(fā)生界面變化導(dǎo)致的缺陷問題，不受樁體非缺陷因素的影響。通過測(cè)定，發(fā)現(xiàn)樁基相鄰深度處的質(zhì)量變化幅度較大，表示在某一深度存在類似蜂窩導(dǎo)致樁體發(fā)生界面變化的缺陷。且深度在2.4 m,5.0 m處具有類似蜂窩缺陷，深度在5.8 m,6.5 m以及13.5 m處存在微小缺陷。其次是聲速對(duì)比法，樁體本身的彈性模量直接影響著超聲波的傳播速度，此處檢測(cè)其平均波速為5.671 km/s，且在深度為2.4 m與5.0 m處變化幅度較大，利用概率法可以判定波速的臨界值，得出混凝土的材料密實(shí)度勉強(qiáng)符合要求。最后是波幅判斷方法，波幅直接反映了超神波在混凝土中的傳播衰減情況，此處的波幅平均值為94.1 dB，在深度5.0 m與6.5 m處存在波幅衰減問題，這表明在這兩處存在蜂窩等質(zhì)量缺陷問題。

之后分析對(duì)比波速對(duì)比法、波幅分析法以及PSD判斷法的數(shù)據(jù)結(jié)果，便可以綜合判斷樁體的具體缺陷位置。

通過數(shù)據(jù)分析可以看出，此實(shí)例在樁身2.4 m,5.0 m以及6.5 m處存在缺陷問題，只有PSD方法檢測(cè)出在5.8 m與13.5 m處存在缺陷問題。且超聲波技術(shù)只可以判定缺陷的具體位置，無法確認(rèn)樁身的缺陷類型。綜合分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波速判斷法、PSD分析法以及波幅判別法均顯示某深度處存在缺陷問題時(shí)，檢測(cè)結(jié)果具備較大的準(zhǔn)確性。但若僅一項(xiàng)方法顯示缺陷，則應(yīng)慎重判斷，必要時(shí)還應(yīng)采用復(fù)測(cè)方法進(jìn)一步證實(shí)。

5 結(jié)語

在混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)過程中，超聲無損檢測(cè)技術(shù)得到了廣泛采用。樁基驗(yàn)收工程在巖土工程中符合一般工程的標(biāo)準(zhǔn)，可以采用超聲波無損檢測(cè)技術(shù)，其大多利用波速對(duì)比方法，可以有效判別樁基的不足之處，找出其缺陷部位。但超聲波無損檢測(cè)技術(shù)可以找出位置無法判斷類型，因此，還應(yīng)不斷完善此技術(shù)，以便為樁基工程提供更多的指導(dǎo)與幫助。