論超聲波透射法在鉆孔灌注樁完整性檢測中的應(yīng)用

張清政

（四川川交路橋有限責(zé)任公司， 四川 廣漢 618300）

使用鉆孔灌注樁作為橋梁的樁基，在充分發(fā)揮混凝土的承載作用的同時，還由于樁身一次性完成混凝土澆筑，受到混凝土水化熱等反應(yīng)的影響，深埋在地下的混凝土樁基礎(chǔ)，會出現(xiàn)裂縫等質(zhì)量問題，同時還會受到自然土體作用力，致使樁基礎(chǔ)出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重威脅到橋梁的穩(wěn)定性。為保證樁基礎(chǔ)的完整性不被破壞，采用超聲波透射法對樁基礎(chǔ)進(jìn)行檢測，利用超聲波原理，只需穿透混凝土樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過聲學(xué)參數(shù)的變化即可判斷出存在的問題，包括位置、范圍以及破壞程度等。

1 超聲波透射法的檢測原理、方法

1.1 超聲波透射法檢測原理

混凝土是由水泥、粗細(xì)骨料等不同物質(zhì)制作而成的復(fù)合型材料，完成混凝土制拌后，需要及時完成澆筑，混凝土在澆筑后會隨著時間的延長，自身的強度也會不斷的增強?；炷恋穆晫W(xué)參數(shù)，是由聲波傳播速度、接受信號主頻以及首波幅度值等組成，在混凝土的制作工藝、材料等內(nèi)部質(zhì)量處在恒定的狀態(tài)，才能獲得穩(wěn)定正確的聲學(xué)參數(shù)，并且聲學(xué)參數(shù)呈正態(tài)分布狀態(tài)[1]。若混凝土樁基礎(chǔ)內(nèi)部存在質(zhì)量問題或者缺陷，如空洞、裂縫等，會嚴(yán)重破壞混凝土樁基礎(chǔ)的整體性，此時利用超聲波透射法進(jìn)行檢測時，會獲得較大的聲波值，但是波幅和頻率值會降低至正常值以下。

使用超聲波透射法對混凝土樁基礎(chǔ)進(jìn)行檢測時，需要施工人員預(yù)先在鉆孔灌注樁位置預(yù)埋檢測通道，使用發(fā)射換能器深入到通道內(nèi)，向混凝土發(fā)出超脈沖信號，信號經(jīng)混凝土發(fā)射后傳輸至儀器，儀器會記錄聲波、主頻以及首波波幅等參數(shù)。在混凝土內(nèi)部傳播的信號，信號會經(jīng)過一系列的反射和折射等過程，通過上述過程，波形、主頻以及信號傳輸?shù)臅r間會發(fā)生變化，對出現(xiàn)的變化進(jìn)行分析，即可掌握混凝土存在的質(zhì)量問題。通常會在混凝土的四周，配置高度相同的探頭，探頭發(fā)射和收集信號，可以及時檢測出混凝土密實情況。

超聲波透射法檢測方法

在混凝土鉆孔樁施工的準(zhǔn)備階段，施工人員在預(yù)埋檢測通道的同時，還應(yīng)完成以下工作：首先，為獲得儀器準(zhǔn)確的延遲時間，檢測人員應(yīng)使用標(biāo)定法，確定延遲時間；其次，檢測人員應(yīng)對耦合水層、聲測管聲時等修正值進(jìn)行計算，并作為預(yù)先數(shù)據(jù)用于混凝土檢測工作；三，檢測人員應(yīng)向檢測通道內(nèi)注滿水，檢查通道是否通暢，完成檢查后，需要使用換能器在通道進(jìn)行升降操作，避免換能器無法正常使用；四，檢測人員應(yīng)確定管外壁與聲測間的距離。

在完成準(zhǔn)備工作后，檢測人員應(yīng)按照以下流程開始檢測：一，利用深度標(biāo)志，將發(fā)射探頭和接受聲波換能器，放置在不同的通道內(nèi)，并保證在兩個通道內(nèi)兩種裝置高度一致，通常情況下兩種設(shè)備的累積高差應(yīng)控制在20mm以內(nèi)，并且每個檢測點間的距離應(yīng)保持在250mm以內(nèi)；二，檢測人員應(yīng)記錄接收到的信號，并繪制出信號的曲線狀態(tài)，同時完成聲時、周期值以及首波峰值的讀取和記錄工作；三，將同一檢測剖面的聲測管內(nèi)，將檢測儀器放置在相同的高度，然后對剖面開始檢測；四，為獲得準(zhǔn)確的檢測數(shù)據(jù)，檢測人員應(yīng)對樁身可疑的質(zhì)量區(qū)域進(jìn)行加密檢測。

2 超聲波透射法關(guān)鍵技術(shù)

2.1 智能采集系統(tǒng)

采用傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁檢測方法，需要在采集系統(tǒng)內(nèi)，通過人工或者一發(fā)一收的方式開展檢測工作。若需要采集大量的數(shù)據(jù)，并且與CT系統(tǒng)相連，很難使上述方法在使用中獲得良好的實際效果[2]。CT智能采集系統(tǒng)，借助智能技術(shù)擺脫人工操作的束縛，并且擴大采集數(shù)據(jù)的容量，在系統(tǒng)內(nèi)配置換能器，由傳統(tǒng)的一發(fā)一收轉(zhuǎn)變?yōu)橐话l(fā)多收，尤其是在確定側(cè)線定位過程中，依托智能化技術(shù)快速進(jìn)行。換能器進(jìn)行一發(fā)多收操作過程中，通過一個壓電環(huán)進(jìn)行一發(fā)的操作，若增加多個壓電環(huán)，可以進(jìn)行多發(fā)操作，此時接受的數(shù)據(jù)會成倍增加，有助于提升采集數(shù)據(jù)的效率。在數(shù)字定位操作過程中，現(xiàn)階段廣泛使用第五代聲測儀，該儀器利用電子計數(shù)的方法，既能準(zhǔn)確的定位，還能提升定位的效率。換能器發(fā)出電子定位數(shù)據(jù)，檢測人員使用動滑輪將電纜引入到檢測區(qū)域，根據(jù)動滑輪的圈數(shù)，即可確定換能器移動長度，從而獲得數(shù)字定位。

2.2 智能自判系統(tǒng)

在檢測混凝土樁基礎(chǔ)過程中，聲波在混凝土內(nèi)部傳播距離使用的時間作為聲時。利用智能自判系統(tǒng)，通過數(shù)學(xué)方法，包括極值和方差等，以便獲得聲時數(shù)據(jù)。使用極值和方差方法，確定聲時的過程較為簡單快速，若受到自然環(huán)境等因素的影響，無法獲得準(zhǔn)確的聲時。使用超聲波CT檢測設(shè)備，既能提升聲時的檢測精度，還能獲得較多的數(shù)據(jù)，在單位時間內(nèi)快速處理大量的數(shù)據(jù)。使用智能自判系統(tǒng)對鉆孔灌注樁進(jìn)行檢測，依照滑動平均原理為基礎(chǔ)，借助波形數(shù)據(jù)確定混凝土存在的質(zhì)量缺陷。檢測人員在獲得波形數(shù)據(jù)后，會對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，以便確定正確的波形后，將每個數(shù)據(jù)點進(jìn)行連接，通過連續(xù)性具有的平均化特征，確定聲時在缺陷區(qū)域內(nèi)變化[3]。通過平均化特征還能獲得濾波效果，有助于提升復(fù)雜數(shù)據(jù)的運算能力，還能充分發(fā)揮單片機的高精度、高工作效率的運算作用。

2.3 CT成像系統(tǒng)

在CT檢測系統(tǒng)中，CT成像系統(tǒng)是重要結(jié)構(gòu)，對檢測過程中產(chǎn)生的走時數(shù)據(jù)，利用成像系統(tǒng)的正演、反演等過程，獲得走時數(shù)據(jù)的路徑的同時，還能確定走時數(shù)據(jù)的傳播速度，將傳播速度轉(zhuǎn)換為二維速度，均衡速度的分布狀態(tài)。通過正演的方式確定走時數(shù)據(jù)，需要使用到打靶法，該方法不僅快速確定走時路徑，獲得準(zhǔn)確的路徑方向，還能對復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行正演。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行反演時，檢測時應(yīng)使用模擬退火算法，使用該算法可確定能量函數(shù)模型，根據(jù)模型即可驗證出走時數(shù)據(jù)的真實性。

3 超聲波透射法在樁基完整性檢測中的有效應(yīng)用

以某大橋工程應(yīng)用超聲透射法，檢測鉆孔灌注樁為例，該大橋全長為8.53km，使用超聲波透射法檢測的區(qū)段，在樁頂以下的6.5-7.5m進(jìn)行。通過對樁基礎(chǔ)進(jìn)行檢測，獲得的圖像按照網(wǎng)格的方法進(jìn)行劃分，若網(wǎng)格內(nèi)存在相同的介質(zhì)，此時聲波只會在網(wǎng)格的邊界出現(xiàn)。使用打靶法通過正演的方式，確定聲波折射的路徑后，利用模擬退火法，可模擬出聲波傳輸速度分布狀態(tài)下的圖像。對樁基礎(chǔ)形成的剖面圖進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在圖像的左側(cè)區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)速度較慢，證明該區(qū)域內(nèi)混凝土存在缺陷。通過對該區(qū)域進(jìn)行鉆芯試驗可知，該區(qū)域內(nèi)混凝土夾雜較多的泥土。使用超聲波透射法檢測鉆孔灌注樁的完整性，只需借助探測儀器，根據(jù)儀器接收到的信息繪制出聲波的路線圖，通過圖像中的變化，可確定混凝土存在的缺陷的位置、程度等，并且無需破壞混凝土樁基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

綜上所述，在應(yīng)用超聲波透射法檢測鉆孔灌注樁完整性過程中，使用儀器布置在樁基礎(chǔ)的四周，通過儀器發(fā)射和接收信號，可根據(jù)聲時、聲波以及主頻等參數(shù)的變化，可以準(zhǔn)確確定混凝土存在的缺陷，并且其位置、影響范圍，都能準(zhǔn)確的通過圖像表達(dá)出來，保證混凝土的完整性，避免對樁基礎(chǔ)的破壞影響到工程質(zhì)量?，F(xiàn)階段在橋梁工程中，已經(jīng)廣泛使用超聲波透射法對樁基礎(chǔ)進(jìn)行檢測，并且形成完整的檢測流程，檢測人員依照流程嚴(yán)格的操作，既能降低受到自然環(huán)境等因素，影響到檢測的真實性，還能對存在可疑的位置進(jìn)行加密檢測或者復(fù)測，以便提升檢測的整體水平，防止出現(xiàn)漏檢等情況影響到工程的安全性和穩(wěn)定性。