超聲波透射法在樁基檢測中的應(yīng)用研究

吳秀娟

（廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)測中心，廣東 廣州 510000）

超聲波透射法可通過聲波的有效傳輸，透過樁基的建筑材料進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)傳遞，將聲波傳輸所形成的關(guān)鍵信息反饋給工作人員進(jìn)而了解更多內(nèi)容。此方式便于了解建筑材料的穩(wěn)定性和堅韌程度，利用聲波頻率和速度真實呈現(xiàn)出材料結(jié)構(gòu)，一方面可以查看建筑完整程度，另一方面，可以發(fā)現(xiàn)樁基結(jié)構(gòu)存在的不足。

1 超聲波透射法樁基檢測的應(yīng)用概述

1.1 檢測方法

選擇超聲波透射法進(jìn)行樁基檢測，需將超聲波脈沖發(fā)射換能器和接收換能器提前放在樁基內(nèi)部事先準(zhǔn)備好的聲測管中，通過在聲測管中注入清水進(jìn)而實現(xiàn)換能器和聲測管的耦合，最終達(dá)到檢測樁基的目的。使用發(fā)射器和接收換能器實現(xiàn)水平同步測量，分別采集各測試點聲時、波幅等重要物理量。

1.2 檢測原理

在連續(xù)性比較好無缺陷混凝土建筑中超聲波以直線的形式進(jìn)行傳播，若混凝土存在缺陷超聲波接觸到缺陷位置就會出現(xiàn)反射、折射和環(huán)繞等現(xiàn)象，造成其能量逐漸減弱、頻率降低、波頻譜產(chǎn)生差異、波形出現(xiàn)畸變，接收的聲波參數(shù)發(fā)生明顯的變化。根據(jù)對波速、波幅、頻率變化的分析，可初步推斷出混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)缺陷的性質(zhì)、位置和面積，實現(xiàn)對樁身混凝土總體均勻程度的判斷。

1.3 檢測參數(shù)

聲速測試值比較穩(wěn)定、存在重復(fù)性不容易受到非缺陷因素的影響，是判斷混凝土質(zhì)量的主要參數(shù)，但是，其對缺陷的敏感程度不如波幅大，聲速大小還能反映出砼強(qiáng)度的高低，影響砼超聲波聲速的影響因素比較多，包括品種、質(zhì)量、砂率等等，目前聲速僅僅作為樁基強(qiáng)度的估測參考。

研究對象為接收波的波幅，就是波的第一個前半周期又稱為首播波幅。通常情況下，發(fā)射波強(qiáng)度比較穩(wěn)定時，超聲波傳播的情況可以被波幅測值直接反映出來，遇見缺陷時變化比較明顯可作為聲速判斷的補(bǔ)充，也是進(jìn)行綜合判定的主要參考之一。通常情況下，波幅比較容易受到一些非缺陷因素的影響，不可以僅憑波幅的變化情況對其進(jìn)行判斷。

波形就是波的圖像，其作為評判砼質(zhì)量的要素對缺陷比較敏感（尤其前兩個周期的波形變化）是實施綜合判定的重要因素，但其一定程度上容易受到非缺陷因素的影響只能作為輔助參考條件，在某個測點處psd數(shù)值出現(xiàn)變化時需根據(jù)該測試點附近的波幅檢測對其進(jìn)行分析。

主頻變化主要反映出超聲波在混凝土中遇見缺陷部位而發(fā)生的衰退，間接反映出混凝土當(dāng)時的質(zhì)量是判斷砼質(zhì)量的重要參考。

2 超聲波透射法在樁基檢測中的應(yīng)用

超聲波透射法依照超聲波換能器的通道在樁基內(nèi)不同的常見設(shè)置形式有以下三種。

2.1 樁基內(nèi)單孔透射法

只有一個孔道時進(jìn)行的實時監(jiān)控，若一項工程完成鉆孔取芯后需要明確周圍混凝土的質(zhì)量，此時，單孔檢測法就是鉆芯檢測的補(bǔ)充方式。采取單孔檢測可以將一個換能器擺放在孔內(nèi)，隨即采取專門的雙收式換能器或者使用隔聲材料對其進(jìn)行隔離。

超聲波從開始發(fā)射換能器后經(jīng)過耦合水進(jìn)入混凝土表面或者孔內(nèi)部，在混凝土上滑行一定距離后，再次經(jīng)過耦合水進(jìn)而路過兩個換能器，就能測量出超聲波平沿著孔壁進(jìn)行傳播時的各類數(shù)據(jù)參數(shù)。使用此方式還需注意使用信號分析技術(shù)盡量將測量內(nèi)壁的干擾因素排除，鋼管會影響聲波在孔壁混凝土中的繞行方式，如果孔道中有鋼管等材料，就不可以使用此方式。

2.2 樁基樁外孔透射法

進(jìn)行樁基內(nèi)部不具備轉(zhuǎn)換器的通道或者之上部分的施工時，施工人員可以把基樁外部的土層鉆孔當(dāng)作檢測通道。實施檢測的過程中，需在樁頂部平面放置一個發(fā)射功率比較大的轉(zhuǎn)化器，此時接收轉(zhuǎn)化器就能從樁外的孔中由上而下緩慢放下來，超聲波沿著樁身的混凝土向下傳播的過程中會穿過孔和樁基中間的層次面，隨后經(jīng)過孔中的耦合水來到接收轉(zhuǎn)化器中，完成此過程就可以基本測出超聲波的聲學(xué)參數(shù)值并根據(jù)發(fā)出的信號判斷樁基的原本質(zhì)量。但是，此方式測量樁基長度時存在一定的限制，超聲波一般情況下在土壤中的衰弱得很快，其只能大概判斷出夾層、斷樁和局部界面縮短的情況。

2.3 樁基內(nèi)跨孔透射法

樁身質(zhì)量檢測的主要形式包含樁內(nèi)跨孔透射法，在樁內(nèi)頸上安裝兩根以上的聲測管后裝滿清水，把具有發(fā)生和接收兩種功能的換能器放在其中。樁基檢測時使用透射法超聲波從發(fā)射換能器開始，連續(xù)穿過兩個聲測管之間的混凝土就會被相應(yīng)的接收器接收，脈沖聲波從發(fā)射換能器回到接收換能器所輻射到的面積就是得到實際的有效檢測范圍。此外，跨孔檢測法可以根據(jù)兩個換能器之間的高度差異而劃分為扇形掃描檢測、平面掃描檢測和交叉傾斜檢測等方式。結(jié)合樁基的實際情況選擇不同高度測試方式，依據(jù)聲學(xué)參數(shù)值及波形圖的變化進(jìn)行樁身混凝土強(qiáng)度和質(zhì)量的判斷，以靈活的形式促使工程完成得更好。

3 超聲波檢測選材和聲測管預(yù)埋工作

預(yù)先掩埋一部分檢測通道可使換能器更快地到達(dá)需要檢測的位置，使用超聲波進(jìn)行檢測的過程需在混凝土灌注之前開始預(yù)埋聲測管，隨著混凝土的變化該設(shè)備就會成為樁基的一個組成部分，同時因其也是傳聲通道的組成部分，一定程度上會對接收到的信息形成影響。并且在樁面和橫截面的不同所以對監(jiān)測面積和探頭提拉都會造成影響，影響測試的方法和方式與對信號的分析判斷的關(guān)鍵因素就是聲測管的預(yù)埋位置是否理想，還需對聲測管的材料保持嚴(yán)格的要求。

3.1 選擇材料

首先，選擇材料時，應(yīng)檢測其是否可以和混凝土發(fā)生黏連。當(dāng)聲測管在混凝土之間時不出現(xiàn)縫隙，不對檢測結(jié)果造成影響即可。其次，時刻保持良好的機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)歷混凝土澆灌時不能出現(xiàn)任何變化。最后，結(jié)合上述需求選擇適應(yīng)的材料。經(jīng)大量實驗后采取鋼管，同時對鋼管做出下述規(guī)定，如果樁身長度比15m短，需選擇具有金屬波紋管或者硬度比較高的PVC管材，節(jié)省不必要的費用。聲測管管壁的厚度對超聲波的影響比較小，所以不需特意對其進(jìn)行要求，若站在節(jié)省資源的角度上而言，聲測管的內(nèi)部直徑應(yīng)大于換能器外徑（約1.5公分）即可，管壁可以承受澆灌壓力，即可不需要過于厚重。

3.2 安裝方式

聲測管需要在鋼筋內(nèi)側(cè)固定，PVC管應(yīng)在1m外設(shè)置一個固定點將其穩(wěn)定固定在鋼筋架上，鋼管則需要每2m設(shè)置一個固定點將其直接進(jìn)行焊接。若此位置不具備鋼筋籠需先將聲測管焊死，之后掩埋在樁基的底部并使用鋼筋支架固定，樁頂表面聲測管上半部分需要比平高高出3～5公分。樁的上部可用木樁或者螺紋蓋封閉聲測管的管口，全面防止其他物質(zhì)掉入管中，相關(guān)樁的聲測管裸露高度應(yīng)保持一致。

需按照樁徑大小進(jìn)行聲測管的預(yù)埋，結(jié)合公路樁基動測技術(shù)規(guī)定，樁徑的大小不超過150公分時應(yīng)埋3根管；樁徑大小超過150公分需要埋4根管。結(jié)合建筑樁基檢測規(guī)定，樁徑小于等于80公分時不應(yīng)少于2根聲測管；樁徑大于80公分小于160公分時不應(yīng)少于3根聲測管；樁徑大于160公分時不應(yīng)少于4根聲測管；當(dāng)樁徑大于250公分時應(yīng)增加預(yù)埋聲測管的數(shù)量，聲測管應(yīng)根據(jù)樁面呈對稱分布。聲測管之間需要始終保持平衡狀態(tài)，但是，鋼筋骨架存在一些外部原因會導(dǎo)致一些誤差的形成，還需對其進(jìn)行充分控制。

4 結(jié)語

綜上所述，利用超聲波透射法可直觀地判斷出樁身發(fā)生缺陷的大概位置，解決了實際問題并取得很好的應(yīng)用效果，因此該方法在建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合該技術(shù)快捷和沒有損失的優(yōu)勢，可以看出未來具有廣闊的應(yīng)用前景，為滿足未來的實際需求，還需要對超聲波透射法進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和完善。