分析超聲波透射法檢測鉆孔灌注樁技術(shù)

蘇建輝

(福建第一公路工程集團有限公司,福建 泉州 362000)

1 超聲波透射檢測原理

利用發(fā)射源向混凝土結(jié)構(gòu)中發(fā)射高頻脈沖，然后用接收裝置對脈沖在結(jié)構(gòu)中傳播的波動特征進行收集和記錄。如果混凝土結(jié)構(gòu)不連續(xù)或存在破損界面，則在缺陷面上會形成波阻抗，在波傳播到這個界面時，將發(fā)生反射與透射，能量顯著降低；如果混凝土結(jié)構(gòu)中存在蜂窩等缺陷，則會發(fā)生散射與繞射，以波在傳播時的能量衰減情況等為依據(jù)，能獲得一定范圍內(nèi)被測結(jié)構(gòu)聲學(xué)參數(shù)。同時，對各個剖面相關(guān)特征進行測試與記錄，還能確定缺陷所處具體位置、性質(zhì)和大小。

2 超聲波透射檢測步驟

(1)對所有儀器設(shè)備的線路進行連接，并檢查確定電源的供電是否正常。

(2)以鉆孔灌注樁的樁徑為依據(jù)選擇適宜的換能器及其參數(shù)，若自動檢測，則要在同一批次鉆孔灌注樁檢測時保證參數(shù)固定，不可隨意進行更改。若手動檢測，則檢測時必須對參數(shù)進行更改時，應(yīng)對數(shù)據(jù)進行必要的換算校正。

(3)完成以上兩個步驟后，開始對聲時初讀數(shù)進行測量。

(4)在聲測孔的孔底安裝接收換能器與發(fā)射換能器，然后開始按照從下到上的方向逐點檢測，若自動檢測，則需要將負(fù)責(zé)升降換能器的裝置安裝在聲測管的軸線處，確保換能器得以順利的升降，實時顯示深度變化，數(shù)據(jù)產(chǎn)生后采用接口電路及時輸入到計算機中，每完成一個剖面的檢測都要對其數(shù)據(jù)進行存盤。若手動檢測，則要通過合適的方式使換能器可以在聲測管中平穩(wěn)升降，可以在電纜線上做好深度標(biāo)記，并對波幅、深度和聲時等相關(guān)數(shù)據(jù)進行記錄。

3 檢測條件與要求

3.1 聲波發(fā)生和接收換能器

對于聲波發(fā)生和接收換能器，需要達到以下各項規(guī)定：沿圓柱狀徑向發(fā)生振動，且在徑向上沒有明確指向性；外徑比聲測管的內(nèi)徑小，工作段長度不超過150 mm；將諧振的頻率控制在30～60 kHz范圍內(nèi)；水密性要滿足在1 MPa的壓力條件下不會發(fā)生滲水；如果測距相對較大，則要為換能器配置前置放大器；配有扶正器。

3.2 聲波檢測儀

要能對接收到的信號進行實時顯示與記錄，并采用時程曲線的形式表達，此外還要實現(xiàn)頻率的測量及頻譜分析。聲時測量的精度達到0.5 μs以上，且測量結(jié)果誤差不超過5%，頻帶寬度處在1～200 kHz范圍內(nèi)，動態(tài)范圍應(yīng)達到100 dB以上。發(fā)射出去的脈沖應(yīng)為矩形脈沖或者是階躍式脈沖，且脈沖的電壓幅值應(yīng)保持在200～1 000 V范圍內(nèi)。

3.3 預(yù)埋管施工

預(yù)埋管的管材以黑鐵管為宜，內(nèi)徑為5 cm，駁接方式為螺口駁接，但在駁接的過程中無需使用油漆與麻絲，直接將其擰緊即可。預(yù)埋管中不能含有任何異物。管的上下口應(yīng)封堵嚴(yán)密，另外上端管口要比混凝土表面略高，這樣能為檢測過程中電纜滑輪等的安裝創(chuàng)造便利。預(yù)埋管可以使用鐵絲與鋼筋籠上的豎筋相捆扎，每條預(yù)埋管之間應(yīng)保持大致平行，同時都和樁底保持垂直。若樁的鋼筋籠沒有到底，則需要在底部通過短鋼筋的綁扎來加固，為保證安全，一般不允許在樁底部進行焊接。而如果鋼筋籠可以到達樁的底部，則可以在下放鋼筋籠之前將預(yù)埋管安裝于鋼筋籠上。若在此過程中使用點焊的方式對預(yù)埋管進行固定，則要注意不可將管焊穿。對于直徑在0.8 m以內(nèi)的樁，應(yīng)對稱安裝兩根預(yù)埋管，而對于直徑在0.8～2.0 m范圍內(nèi)的樁，應(yīng)按照正方形設(shè)置四根預(yù)埋管。

4 質(zhì)量判別依據(jù)

目前，已經(jīng)在鉆孔灌注樁質(zhì)量缺陷判斷中得到應(yīng)用的參量主要包括聲速、波幅、主頻與波形幾種。其中，聲速通過對脈沖從結(jié)構(gòu)中穿過所需的時間的計算獲得，相關(guān)經(jīng)驗表明，聲速變化具有較強的規(guī)律性，能反映出樁身質(zhì)量狀況，可將聲速作為缺陷判斷重要參數(shù)之一。聲速異常條件下的臨界判據(jù)可表示為

vi≤vc

(1)

式(1)中，vi表示測點的聲速，單位：km/h；vc表示判斷臨界值，單位：km/h。如果式(1)成立，則說明這一測點的聲速異常。

如果檢測剖面上每個測點的聲速結(jié)果都較小，而且離散性也很小，則應(yīng)使用以下低限值判據(jù)：

vi≤vL

(2)

式(2)中，vi表示測點的聲速，單位：km/h；vL表示聲速低限值，單位：km/h。如果式(2)成立，則說明這一點的聲速比低限值低，為異常。

波幅是衡量脈沖從結(jié)構(gòu)中穿過后強度衰減程度的重要指標(biāo)，如果波幅較低，則說明脈沖強度被嚴(yán)重衰減。幅值可根據(jù)接收波得出。衰減和混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有一定相關(guān)性，這一指標(biāo)對缺陷的表達比聲速敏感很多。波幅異常條件下的判斷依據(jù)可表示為：

(3)

Api

(4)

式(3)中，Am表示波幅的平均值，單位：dB；n表示剖面上的測點個數(shù)；Api表示測點的波幅值，單位：dB。如果式(4)成立，則可判斷為這一點幅值異常。

5 完整性評價

5.1 I類樁

全樁長范圍內(nèi)所有剖面的測點各項聲學(xué)參數(shù)都沒有超出臨界值，且波形比較規(guī)則，傳播聲速相對較高，屬于完整樁。

5.2 II類樁

某個剖面上的部分測點部分聲學(xué)參數(shù)輕度超出臨界值，部分波形發(fā)生輕微的波動，傳播聲速有所降低，有缺陷的截面，其分布面積在總面積30%以內(nèi)，屬于基本完整的樁。

5.3 III類樁

某個剖面上多個且連續(xù)的測點或超過2個剖面部分測點的聲學(xué)參數(shù)顯著超出臨界值，部分測點的波形存在顯著的波動，傳播聲速降低明顯，有缺陷的截面，其分布面積在總面積50%以內(nèi)，屬于局部不完整樁。

5.4 IV類樁

波形很不規(guī)則，超過2個剖面多個且連續(xù)測點的聲學(xué)參數(shù)遠(yuǎn)超臨界值，有缺陷的截面，且分布面積超過總面積50%，屬于嚴(yán)重不完整樁。

對樁身的完整性進行判斷和分類時，還要考慮很多其它因素，包括樁位地質(zhì)條件、樁身施工工藝與現(xiàn)場施工記錄等，在必要的情況下還可進行鉆芯取樣來加密測試，以此確定準(zhǔn)確的缺陷范圍，再以規(guī)范提出的特征和要求來綜合判定。

6 結(jié)束語

綜上所述，由于超聲波透射法具有檢測速度快、檢測結(jié)果準(zhǔn)確且直觀等優(yōu)勢特點，所以在當(dāng)前的鉆孔灌注樁檢測中得到了十分廣泛的應(yīng)用，這一檢測方法還能實現(xiàn)現(xiàn)場分析與重復(fù)性檢測，有著極高的應(yīng)用價值。