聲波透射法在山區(qū)高速公路樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

王廠

摘 要：近些年來(lái)，建筑工程當(dāng)中所運(yùn)用到的檢測(cè)手段與施工方式都有了全新的改良，其中聲波透射法這項(xiàng)檢測(cè)手段得到了很好的普及。此篇文章主要針對(duì)聲波透射法在山區(qū)高速公路樁基檢測(cè)當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述。

關(guān)鍵詞：聲波透射法;山區(qū)高速公路;樁基檢測(cè);技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

日常生活中的建筑物和構(gòu)筑物都依靠樁基來(lái)提供建設(shè)基礎(chǔ)，對(duì)建筑物起支撐作用，同時(shí)也是工程中的基礎(chǔ)項(xiàng)目。但在施工過(guò)程當(dāng)中所受到的外力影響較多，例如環(huán)境因素、人為因素、施工條件都會(huì)對(duì)樁基的建設(shè)質(zhì)量造成影響。因此，在建設(shè)工程當(dāng)中，定期對(duì)樁基工程進(jìn)行安全測(cè)量是不可避免的重要環(huán)節(jié)。

1 低應(yīng)變法在山區(qū)高速樁基檢測(cè)中存在的弊端

受山區(qū)高速公路建設(shè)環(huán)境的限制以及低應(yīng)變檢測(cè)方法自身所存在的局限性，造成低應(yīng)變法在山區(qū)高速樁基檢測(cè)時(shí)存在一些缺陷。

（1）為了安全起見(jiàn)，山區(qū)高速樁基所選擇的直徑要大于普通樁基直徑，在檢測(cè)時(shí)低應(yīng)變法容易受到三維效應(yīng)的影響，無(wú)法保證對(duì)波形測(cè)量的精準(zhǔn)度。（2）山區(qū)地勢(shì)環(huán)境的特點(diǎn)使得許多樁基的孔樁由人工開(kāi)鑿，同時(shí)配合爆破作業(yè)。使得孔樁的孔徑邊緣形狀崎嶇，在這種情況下采用低應(yīng)變檢測(cè)法，導(dǎo)致孔徑的不規(guī)則發(fā)射，影響波形測(cè)量。（3）山區(qū)高速樁基多采用大直徑樁，安裝時(shí)搭配三角形加固鋼筋固定鋼筋籠，在低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)容易發(fā)生缺陷發(fā)射，對(duì)樁基缺陷產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。（4）在波阻抗發(fā)生漸變?nèi)毕輹r(shí)，低應(yīng)變檢測(cè)方法無(wú)法給出正確的檢測(cè)信息。（5）在進(jìn)行定量判定時(shí)依靠低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)無(wú)法完成。

根據(jù)上述描述，我們可以發(fā)現(xiàn)在對(duì)山區(qū)高速樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采用聲波透射法準(zhǔn)確性更高。

2 樁基施工易出現(xiàn)的缺陷

2.1 樁身混凝土離析

造成樁身混凝土離析的大部分情況是混凝土的澆灌與搗配工作出現(xiàn)差錯(cuò)，例如在施工過(guò)程當(dāng)中最常出現(xiàn)的混凝土初灌量太少、導(dǎo)管填埋的深度較低、混凝土初次凝固前地下水位的變動(dòng)等，導(dǎo)致在進(jìn)行混凝土澆灌時(shí)材料中存在氣泡與裂縫導(dǎo)致樁身混凝土不夠緊實(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完善，對(duì)樁基的牢固程度大打折扣。

2.2 斷樁

斷樁主要是指在澆筑樁基時(shí)，樁身出現(xiàn)裂縫或者整體斷裂的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種情況的原因，主要是泥砂與水泥的混合比例不協(xié)調(diào)，結(jié)合程度較低。同時(shí)，泥沙顆粒過(guò)大漿面粗糙、使用泥沙超過(guò)正常比例都會(huì)造成樁基的受力不均，受力面積過(guò)小的部分所承受的重力以及摩擦力過(guò)大，隨著時(shí)間的推移，容易出現(xiàn)斷樁情況。除此之外，灌注物套管的抽取要保持勻速進(jìn)行，若速度過(guò)快，在軟弱土層容易造成孔壁坍塌以及泥水入侵的情況，樁機(jī)灌料被泥土沖刷，也給施工過(guò)程帶來(lái)了極大的安全隱患。

2.3 夾泥與空洞問(wèn)題

夾泥情況的出現(xiàn)是因?yàn)樵诔蓸妒┕み^(guò)程當(dāng)中沒(méi)有對(duì)施工材料進(jìn)行監(jiān)控，導(dǎo)致在施工的混凝土當(dāng)中摻雜了泥水與沙土，又或者是因?yàn)榭妆诘奶约奥┒吹某霈F(xiàn)，使泥土入侵到施工樁料當(dāng)中?？斩吹漠a(chǎn)生原因主要是在混凝土當(dāng)中加入了體積過(guò)大的石塊，在進(jìn)行攪拌時(shí)材料混合不均勻，局部的沙石過(guò)多導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)空洞。

2.4 擴(kuò)徑問(wèn)題

造成擴(kuò)徑的主要原因是灌注樁在成孔的階段出現(xiàn)孔壁坍塌，造成孔徑大于原來(lái)尺寸。又或者是在軟弱土層部分，受到外界施工的作用力，導(dǎo)致裝機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)被打亂，土地強(qiáng)度有所降低，樁徑受到來(lái)自混凝土和土壤的雙重?cái)D壓力，在進(jìn)行混凝土灌注時(shí)直徑被擠壓變大。

2.5 縮徑現(xiàn)象

在樁基施工過(guò)程當(dāng)中，常常會(huì)發(fā)生直徑收縮的情況，經(jīng)過(guò)調(diào)查研究，其原因主要可分為以下幾種情況：

（1）在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，拔管速度不夠均勻，導(dǎo)致澆注管內(nèi)的混凝土含量較少。

（2）混凝土自身的特點(diǎn)，導(dǎo)致其和易性能較差。

（3）施工時(shí)若施工場(chǎng)地的土壤濕度較高時(shí)，土壤粘性大幅度增加，土質(zhì)松軟，含水分量較高。在進(jìn)行到沉管階段時(shí)，受外力的攪動(dòng)和擠壓，導(dǎo)致樁孔受到較大的壓力。當(dāng)樁管撤出后，外部擠壓力作用于混凝土，導(dǎo)致樁身的直徑小于測(cè)量時(shí)的直徑。

3 聲波透射法在山區(qū)高速樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 聲波透射法檢測(cè)樁基質(zhì)量的原理

（1）聲波透射法的理論基礎(chǔ)。聲音的產(chǎn)生是物體產(chǎn)生振動(dòng)，以聲波的形式進(jìn)行傳播，其主要的傳播媒介為空氣和固體。聲波透射法的檢測(cè)原理是基于聲音的這兩種特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量，利用人工制造機(jī)械聲波來(lái)發(fā)射檢測(cè)信號(hào)，其具體的操作流程為：首先，將聲測(cè)管填埋在被檢測(cè)的樁基內(nèi)部，并利用設(shè)備向其發(fā)射和接收超聲波脈沖，隨即檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)依據(jù)超聲波穿過(guò)樁基的時(shí)長(zhǎng)以及脈沖主頻率，波形，頻譜等信息，來(lái)進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)信息參數(shù)來(lái)判斷樁基內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定、是否存在缺陷以及缺陷的性質(zhì)大小和具體位置，同時(shí)可對(duì)樁基強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)級(jí)。

（2）聲波在混凝土中的傳遞特點(diǎn)?；炷潦怯啥喾N復(fù)合材料所組成的，因此，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相較于其他材料來(lái)說(shuō)復(fù)雜程度更高，這也增加了混凝土質(zhì)量檢測(cè)的困難程度。聲波透射法是檢測(cè)技術(shù)當(dāng)中準(zhǔn)確度最高的，但即便如此，在檢測(cè)時(shí)還是會(huì)呈現(xiàn)多種結(jié)果，聲波在穿過(guò)混凝土內(nèi)部的復(fù)雜界面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多重反射的現(xiàn)象，導(dǎo)致聲波散射。而聲波散射程度越高，說(shuō)明混凝土骨料越多，反之亦然。因此，為了保證聲波透射法的準(zhǔn)確度與精準(zhǔn)性，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)多采用低頻聲波，來(lái)保證聲波能夠穿透混凝土到達(dá)接收裝置。除此之外，通過(guò)對(duì)聲波透射法的現(xiàn)場(chǎng)考察我們可以得知，低頻聲波具備擴(kuò)散角度大、波長(zhǎng)較長(zhǎng)的特性，在遇到混凝土內(nèi)部多界面時(shí)，容易出現(xiàn)反射與折射的現(xiàn)象，并且不同時(shí)段的低頻聲波會(huì)相互干擾，導(dǎo)致聲波指向性較低。

（3）混凝土聲波透射法檢測(cè)中的聲波。為了將聲波檢測(cè)的功效發(fā)揮到最大，在針對(duì)樁基質(zhì)量測(cè)量時(shí)通常會(huì)選擇脈沖聲波。脈沖聲波具備重復(fù)間斷發(fā)射、聲波發(fā)射持續(xù)時(shí)間較短等間歇式聲波特性。相較于單頻聲波而言，具備更高的復(fù)雜性，使得檢測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)有效性得到了大幅度提高。脈沖聲波檢測(cè)技術(shù)依托其復(fù)雜性能夠增加準(zhǔn)確度，但是混凝土內(nèi)脈沖聲波中的余弦波傳播速度不一，在較長(zhǎng)的傳播路徑當(dāng)中容易出現(xiàn)波頻畸變，影響到最終的測(cè)量結(jié)果。

3.2 聲波透射法在樁基檢測(cè)中應(yīng)用的三種方式

（1）樁內(nèi)單孔透射法。該檢測(cè)技術(shù)只能應(yīng)用于一個(gè)孔道，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要將換能裝置放置于孔道內(nèi)部，換能器需要使用隔聲材料進(jìn)行隔離。在發(fā)射過(guò)程中，聲波會(huì)經(jīng)過(guò)換能器到孔壁混凝土層，最后到達(dá)接收器，通過(guò)聲波在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的反射與折射，我們可以得到相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)來(lái)判斷內(nèi)部情況。

（2）樁內(nèi)跨孔透射法。該檢測(cè)方法在應(yīng)用時(shí)，需要將聲測(cè)管預(yù)留在樁基內(nèi)部，數(shù)量要安排在兩個(gè)及以上，聲波通過(guò)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行發(fā)送，最后穿過(guò)混凝土層到達(dá)接收換能器裝置當(dāng)中。

（3）樁外孔透射法。該檢測(cè)方法，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需要緊靠混凝土樁基的外層，來(lái)對(duì)孔道內(nèi)部的鉆孔工作進(jìn)行測(cè)量。在具體施工過(guò)程中，要將功率較大的平面換能器緊貼樁頂部位。聲波能夠穿透土層到達(dá)混凝土層，最終被接收換能器接收，可以通過(guò)逐點(diǎn)測(cè)驗(yàn)的形式來(lái)考察不同方位的混凝土質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)上述三種測(cè)量方法的描述，我們可以得出結(jié)論：樁內(nèi)跨孔檢測(cè)技術(shù)相較于其他兩種檢測(cè)方法而言，具有更高的成熟性、可靠性且實(shí)用性較強(qiáng)，在當(dāng)今建筑中能夠得到良好的應(yīng)用。若要將該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)的作用發(fā)揮到最大，在對(duì)混凝土樁基進(jìn)行檢測(cè)之前，要控制好聲測(cè)管預(yù)留的合理位置，使得聲波在傳播、接收的過(guò)程當(dāng)中更加的科學(xué)、高效、全面。

3.3 聲波透射法檢測(cè)樁基質(zhì)量的數(shù)據(jù)處理

（1）聲時(shí)分析。聲波在傳播的過(guò)程當(dāng)中，其速度受到傳播介質(zhì)的影響，當(dāng)介質(zhì)的密度越大，聲音傳播速度越快。因此，在樁基內(nèi)部混凝土層當(dāng)中，若存在空洞、斷樁、混凝土離析，會(huì)引起聲波的繞射，導(dǎo)致聲波傳遞路徑延長(zhǎng)，聲音傳播時(shí)間相應(yīng)變長(zhǎng)。根據(jù)目前檢測(cè)設(shè)備的技術(shù)水平，能夠?qū)⒙曇魰r(shí)間的測(cè)量速度控制在微秒級(jí)別，在檢測(cè)時(shí)能夠?qū)崟r(shí)的收集聲時(shí)信號(hào)，并同時(shí)繪制“聲時(shí)-深度”曲線，幫助施工人員建立起對(duì)剖面的直觀印象，在對(duì)樁徑混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，具備較高的參考價(jià)值。

（2）波幅分析。在采用聲波透射法對(duì)高速公路樁基質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一般會(huì)選用首波的波動(dòng)幅度作為衡量波幅衰減程度的杠桿，其主要原因是因?yàn)閭鞑ソ橘|(zhì)的密度直接影響了聲音傳播的速度，對(duì)波幅也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)傳播介質(zhì)的密度越大時(shí)，所檢測(cè)出的波幅越高，聲波能量衰減度就越低;當(dāng)傳播介質(zhì)的密度越小時(shí)，所檢測(cè)出的波幅就越低，聲波能量衰減度就越高。

（3）接收頻率與波形分析。聲波在穿透混凝土?xí)r會(huì)產(chǎn)生一定程度的折射與反射，造成聲波能量的衰退。依據(jù)實(shí)測(cè)聲頻衰退的大小，就能夠判定出混凝土的質(zhì)量。衰減程度與混凝土質(zhì)量成負(fù)相關(guān)，若衰減度越高，說(shuō)明質(zhì)量越差。同樣，在測(cè)量主頻數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)受到來(lái)自設(shè)備系統(tǒng)狀態(tài)、聲波耦合等因素的干擾?；谏鲜銮闆r，我們可以得出結(jié)論：主頻數(shù)據(jù)分析只是一種輔助數(shù)據(jù)，在進(jìn)行聲波透射檢測(cè)時(shí)起參考作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，樁基質(zhì)量直接影響到建筑物以及構(gòu)筑物的整體施工水平，是整個(gè)工程施工的基礎(chǔ)。因此，在對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，選擇聲波透射法能夠有效減少樁基質(zhì)量所帶來(lái)的消極影響。利用在裝基內(nèi)部所預(yù)留的聲測(cè)管、聲波接收器與發(fā)射裝置能夠幫助施工人員更加直觀的觀察樁基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及其內(nèi)部所存在的缺陷。通過(guò)聲波所反饋出的數(shù)據(jù)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)分析從而能夠得出樁基質(zhì)量最終結(jié)論，來(lái)確保樁基混凝土的建造質(zhì)量能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

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