超聲波透射法在基樁檢測中的應(yīng)用研究

林兆祥

摘要：近年來為了滿足經(jīng)濟得快速發(fā)展，土建建設(shè)在其中充當(dāng)了重要角色。而交通基礎(chǔ)建設(shè)尤為明顯，近年來投入不斷增大，越來越多的高速公路、一級公路、二級及以下等級的公路建設(shè)均在如火如荼地日益展開，本文主要從超聲波透射法用于基樁檢測的原理及超聲波透射法在基樁檢測中的運用等方面進行了闡述。

關(guān)鍵詞：基樁檢測；超聲波透射法；原理；運用

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的鐵路、公路、高層建筑等工程數(shù)量逐漸增加，這些工程中樁基礎(chǔ)因力學(xué)性能好、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。樁基礎(chǔ)施工一般屬于比較隱蔽的施工項目，所以不同項目不同施工單位所采用的施工方法都有所差異，從而導(dǎo)致基樁檢測出現(xiàn)質(zhì)量問題的概率也大幅度的提升。其中超聲波透射法由于具有檢測可靠、使用方便、設(shè)備簡單、測試成本較低等優(yōu)點，在實際工程檢測中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

一、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傳播規(guī)律，同時需要潔凈的清水作為傳播的耦合劑，但由于清水介質(zhì)的剪切彈性模量為零，無法傳遞橫波，因此超聲波用于基樁檢測中的為縱波分量。超聲波檢測時需要在基樁的聲測管內(nèi)設(shè)置好接收（發(fā)射）裝置，由于所發(fā)射出去的聲波會朝著許多種路徑進行不斷的傳播，而不同的路徑傳播的超聲波所因為聲測管最初安置時因為混凝土地擠壓、導(dǎo)管地碰撞、安裝的誤差等因素，從而導(dǎo)致達到的接受裝置的時間會存在差異。如基樁完整性好，超聲波傳遞的路徑則為兩兩裝置探頭之間的距離；如基樁完整性出現(xiàn)斷裂或是離析等問題時，會導(dǎo)致混凝土的連續(xù)性發(fā)生破壞，超聲波傳播的路徑也將會變得復(fù)雜多變。除此之外，在傳播過程中若超聲波遇到混凝土缺陷時，其表面還會出現(xiàn)反射或者是散射，從而導(dǎo)致超聲波能量受損，進而影響接收裝置收到的信號波速和聲幅降低。

通過對上述相關(guān)的分析可以看出，一旦混凝土基樁存在問題，接受裝置收到的超聲波信號會發(fā)生波形畸變、聲幅以及波速減小，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，再加上斜率法（PSD）相互結(jié)合，通過數(shù)據(jù)分析，判斷基樁缺陷的范圍和位置，進而對基樁的完整性質(zhì)量進行判定。

二、超聲波透射法在基樁檢測中的運用分析

（一）樁內(nèi)單孔透射法檢測

在某些特殊施工條件下，導(dǎo)致可用檢測通道的數(shù)量可能會受到限制，有時候只有一個通道可以用來檢測，如混凝土鉆芯取樣后需要檢測孔道周圍混凝土的質(zhì)量，那么可以采用單孔檢測法進行補充檢測。將換能器放置在一個孔內(nèi)，兩個換能器之間可以使用隔聲材料進行分隔，發(fā)射換能器所發(fā)射出的超聲波通過水進入到孔壁混凝土表層，表層滑行一段后到達兩個換能轉(zhuǎn)換器上，進而獲得各項所需要的聲學(xué)參數(shù)。一旦在采用這種方式進行檢測時必須要用到信號分析技術(shù)，并且盡最大程度的排除其他的干擾因素。但需要注意的是，如果孔道內(nèi)設(shè)置了鋼制套管，便不適宜用此方法。

（二）樁外孔透射法檢測

一旦基樁結(jié)構(gòu)開始施工或者是基樁內(nèi)沒有能用的換能器通道時，可以對樁邊的土層進行鉆孔并且可以將其作為檢測通道。與此同時，也可將功率較大的平面換能器放置在樁頂處，并在樁外孔中由上而下將接收換能器緩慢放下。這時自上而下沿樁身傳播的超聲波會將穿透樁與孔之間的土層，通過孔中耦合劑進入接收換能器，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，可測的基樁長度不長，一般情況下只能進行短樁的縮頸、斷樁、夾層等粗略判定。

（三）樁內(nèi)跨孔透射法檢測

采用樁內(nèi)跨孔透射法須在基樁內(nèi)埋設(shè)聲測管，等待管內(nèi)充滿水后，將接收和發(fā)射換能器分別放置在聲測管內(nèi)，在檢測時由發(fā)射換能器發(fā)出超聲波并且經(jīng)過兩管之間的混凝土而到達接受換能器。另外，根據(jù)場地情況的不同，可以采用不同的測試方法來獲取聲學(xué)參數(shù)，并且可以根據(jù)各種聲學(xué)參數(shù)的變化來確定混凝土的質(zhì)量。

三、聲測管的埋置與安裝

根據(jù)基樁直徑選擇埋設(shè)方法是非常必要的。當(dāng)基樁直徑小于800mm時，可以埋設(shè)兩根管；當(dāng)基樁直徑為800～1500mm時，可用等邊三角形鋪設(shè)三根管；當(dāng)基樁直徑大于1500mm時，可以采用正方形鋪設(shè)的方式埋設(shè)4根管，并且埋設(shè)的管子盡可能的達到平行；當(dāng)基樁直徑大于2500mm時，應(yīng)適當(dāng)增加預(yù)埋聲測管數(shù)量。但在施工中不可避免地存在位移，應(yīng)盡可能的控制。在安裝聲測管時，應(yīng)將其固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，應(yīng)用鋼絲做好綁扎固定。鋼質(zhì)聲測管每隔2m設(shè)置一個固定點，并要將其焊接在架立筋上，確保其不會發(fā)生偏移。

四、超聲波透射法在基樁檢測中的分析處理

（一）聲速臨界值法

把同一剖面的聲時值從大到小依次排序后，按下式計算：

Vo=vm-λ·Sx

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)的標準差λ為與（n-k）相對應(yīng)的系數(shù)；Vo為異常判斷值。當(dāng)參與統(tǒng)計聲速有小于Vo數(shù)據(jù)，則去掉小于Vo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Vo時，Vo可作為異常判斷臨界值Vc；所有數(shù)據(jù)中小于Vc的數(shù)據(jù)，均可判定為異常。

（二）聲陰影重疊法分析

當(dāng)超聲波通過基樁缺陷區(qū)域時，缺陷背面的聲波強度將會降低，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)。

五、結(jié)束語

綜上所述，超聲波透射法基樁完整性判定標準綜合了聲速臨界值法、聲陰影重疊法，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確度的影響因素。因此，檢測人員應(yīng)通過聲波透射法科學(xué)檢測，再加上施工現(xiàn)場地質(zhì)特征以及施工單位對基樁施工進程中的具體情況等相結(jié)合，全面分析缺陷的原因，以此可對施工具有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻：

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