基于地質(zhì)工程勘察的超聲波測(cè)試技術(shù)研究

盧海軍

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四一八隊(duì)，湖南 婁底 417000）

超聲波測(cè)試在地質(zhì)勘察中的到廣泛的應(yīng)用，例如，在對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)及強(qiáng)度分類(lèi)，彈性力學(xué)、靜力學(xué)參數(shù)測(cè)定[1]。在我國(guó)地質(zhì)工程當(dāng)中，基礎(chǔ)建設(shè)具有舉足輕重的作用，地質(zhì)工程的施工質(zhì)量不僅與人民的生命財(cái)產(chǎn)安全緊密相連，也影響著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展。提高地質(zhì)工程質(zhì)量，控制地質(zhì)工程質(zhì)量需要依靠工程質(zhì)量檢測(cè)，因此在我國(guó)地質(zhì)工程施工工作中一直十分重視工程質(zhì)量的檢測(cè)工作，而超聲波技術(shù)在地質(zhì)工程檢測(cè)中屬于常用技術(shù)，尤其是在樁基礎(chǔ)檢測(cè)方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1 超聲法地質(zhì)檢測(cè)的基本原理

超聲波檢測(cè)是根據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行的，其原理是：通過(guò)對(duì)由接收換能器接收超聲波在介質(zhì)傳播時(shí)遇到介質(zhì)產(chǎn)生的反射、透射、繞射等現(xiàn)象時(shí)的波的到時(shí)、波幅、頻率及波形特征的分析，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、位置、范圍、完整性和缺陷程度進(jìn)行判斷。當(dāng)然首先，此種超聲波是采用人工方法在地質(zhì)當(dāng)中的介質(zhì)所激發(fā)出的一定頻率的彈性波。

2 超聲波地質(zhì)檢測(cè)的基本方法

首先，在地質(zhì)基坑中埋入若干可作為超聲波發(fā)射以及接收換能器上下通道的聲測(cè)管，此聲管需要在地質(zhì)工程成孔之后埋入。對(duì)每個(gè)地質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)，借助觀測(cè)的方式對(duì)聲波穿越樁身不同截面在介質(zhì)中傳播時(shí)的聲學(xué)參數(shù)、波形變化情況等進(jìn)行分析。最后、通過(guò)對(duì)地質(zhì)這些檢測(cè)數(shù)據(jù)科學(xué)對(duì)其進(jìn)行合理判斷，確定出地質(zhì)結(jié)構(gòu)所在的準(zhǔn)確位置、缺陷程度以及缺陷范圍等，從而對(duì)基坑的樁身連接性以及完整性、均勻性情況做出合理推斷，判定樁身全完整性等級(jí)。需要注意聲波投射用于地質(zhì)介質(zhì)檢測(cè)主頻一般為2×104～2.5×105Hz。

3 超聲波地質(zhì)檢測(cè)操作基本流程

①將換能器安裝在扶正器聲測(cè)管當(dāng)中，其功能是用于發(fā)射及信息的接收，并且要保證換能器在管中的升降自由。②保證超聲波儀器的正常，關(guān)注顯示器中的波幅對(duì)噪聲比進(jìn)行判定，確認(rèn)實(shí)際參數(shù)。③測(cè)點(diǎn)的聲測(cè)線間距應(yīng)不宜大于100mm，向上提升速度不可大于0.5m/s。④增加測(cè)點(diǎn)的測(cè)試次數(shù)，避免試驗(yàn)時(shí)因異常情況的發(fā)生導(dǎo)致參數(shù)的不穩(wěn)定。⑤不可隨著對(duì)換能器的位置進(jìn)行更改，并且要遵循自下而上的檢測(cè)原則。⑥在對(duì)不正常波形進(jìn)行記錄時(shí)，要通過(guò)測(cè)評(píng)或者雙向斜側(cè)的方法實(shí)施加密測(cè)量。⑦采用多根聲學(xué)測(cè)試管對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，可以對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。⑧在對(duì)樁基檢測(cè)結(jié)束之后，還需按照抽檢量在總檢測(cè)量的10%～20%的規(guī)定對(duì)樁基進(jìn)行隨機(jī)的2次測(cè)試。⑨在控制聲時(shí)的時(shí)候盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)差在5%以?xún)?nèi)的，波幅差值在10%內(nèi)。⑩如若聲時(shí)、波幅出現(xiàn)異常，必需進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，將誤差降到最低。

4 超聲波檢測(cè)技術(shù)在地質(zhì)基礎(chǔ)中的應(yīng)用

在超聲波樁基檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集和分析中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性判斷是通過(guò)重點(diǎn)采用波幅臨界值以及聲速值等進(jìn)行特征結(jié)合。再一定的情況下，要綜合利用PSD值、聲速的離異系數(shù)，并結(jié)合相關(guān)資料的綜合性評(píng)判，判定出地質(zhì)工程的完整性類(lèi)別，對(duì)于超聲波監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的主要步驟包括以下幾種：①聲速的平均值V；②聲速的標(biāo)準(zhǔn)差Sv；③聲速的變異系數(shù)Cv；④波幅測(cè)量取得的平均用Am；⑤地質(zhì)結(jié)構(gòu)的PSD數(shù)值。

5 超聲波檢測(cè)地質(zhì)工程的注意事項(xiàng)

第一、在對(duì)聲測(cè)管進(jìn)行填埋時(shí)，報(bào)保持其相互對(duì)稱(chēng)與平行，確保超聲探頭能夠在聲測(cè)管中可以自由游走；埋入的聲測(cè)管要與其中埋設(shè)的根數(shù)之間要保持緊密相連；在地質(zhì)工程施工當(dāng)中，基坑的樁徑，在不超過(guò)800mm時(shí)，一般會(huì)設(shè)置2根；在聲測(cè)管不少于4根時(shí)，基坑徑在1600mm以上；而基坑徑在這兩者間時(shí)，一般使用3根；采用儀器檢測(cè)時(shí)，采用兩兩一組在進(jìn)行檢測(cè)的對(duì)比，務(wù)必對(duì)每根聲測(cè)管都要進(jìn)行檢測(cè)。第二、進(jìn)行超聲波檢測(cè)是在地質(zhì)工程基坑完成后的28天以后，在對(duì)地質(zhì)基坑進(jìn)行檢測(cè)之前，應(yīng)該先將基坑處的部分開(kāi)挖、再進(jìn)行除裝頭的工序。第三、聲測(cè)管要與鋼筋管的主筋進(jìn)行捆綁，并嚴(yán)禁使用任何焊接方式，沿著樁每隔3m采用鉛絲綁扎一道，在采用鑄鐵管進(jìn)行制作聲測(cè)管的管口的接頭地方和主鋼筋點(diǎn)進(jìn)行焊接，并且要保障管頭焊接處的質(zhì)量。第四、超聲波檢測(cè)儀器主要由換能器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，檢測(cè)儀器符合鑒定有效期內(nèi)的技術(shù)性能要求，在進(jìn)行地質(zhì)檢測(cè)前，要對(duì)既定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，換能器要盡量選擇較大的，并確保換能器的精確度。

6 超聲波檢測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)異常及處理

（1）管斜、管彎。在測(cè)試過(guò)程中，聲測(cè)管的彎曲和傾斜會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，容易導(dǎo)致對(duì)缺陷的錯(cuò)誤判斷或判斷失誤。

如圖1所示：直接從波形上觀察，感覺(jué)該地質(zhì)剖面在42m以下存在大范圍缺陷。但是，通過(guò)觀察PSD的變化以及聲速幅值曲線的變化，如圖1所示，我們發(fā)現(xiàn)PSD變化并不強(qiáng)烈，聲速幅值呈現(xiàn)逐漸變化的趨勢(shì)。判斷出測(cè)聲管是傾斜的，需要對(duì)傾斜的測(cè)聲管進(jìn)行校正。

（2）地質(zhì)各剖面存在差異。在檢測(cè)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)地質(zhì)的各剖面相差很大的情況。一般來(lái)說(shuō)，某一地質(zhì)表面或多個(gè)表面與其他表面在整個(gè)灌注樁的波速和波幅上不太可能存在顯著差異。在這種情況下，仍然需要檢查檢測(cè)中的傳感器是否在同一深度。

圖1 存在大范圍缺陷的波形圖

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超聲波基坑檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)全面、細(xì)致、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穿透能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。超聲波樁基檢測(cè)技術(shù)不僅可以用在工程基樁基礎(chǔ)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的驗(yàn)收、檢測(cè)，也可對(duì)超大尺寸的地質(zhì)工程基坑進(jìn)行檢測(cè)，使得地質(zhì)工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部強(qiáng)度和質(zhì)量缺陷得到較好的檢測(cè)。