聲波透射法在樁基檢測中的應(yīng)用

孫明浩

安徽建筑大學(xué)勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 安徽合肥 230022

1 超聲波透射法檢測原理

超聲波透射法適用于樁徑在0．8m以上的鋼筋混凝土樁基完整性檢測。超聲波屬于彈性波，檢測中將混凝土介質(zhì)看作是彈性體，聲波在樁基內(nèi)部傳播可以看作是彈性波傳播。超聲波通過發(fā)生探頭發(fā)射出去，通過水的耦合作用傳遞到聲測管，進(jìn)一步傳遞到混凝土介質(zhì)中，最后到達(dá)聲測管的接收端。通過接受換能器接受聲波信號，轉(zhuǎn)化為電信號，最后將電信號傳遞到超聲檢測裝置。如果混凝土內(nèi)部缺陷，產(chǎn)生的不連續(xù)界面會阻礙聲波的傳遞，從而產(chǎn)生發(fā)生繞射與散射，造成聲波能量損失。若樁基混凝土內(nèi)部存在孔洞，聲波傳遞進(jìn)去會產(chǎn)生散射或繞射，聲時(shí)延長，振幅與波速都會產(chǎn)生衰減。通過聲波的發(fā)出時(shí)間和達(dá)到時(shí)間，結(jié)合聲波的頻率、波形畸變程度和能量衰減情況計(jì)算檢測范圍內(nèi)的混凝土聲學(xué)參數(shù)。通過分析不同檢測剖面和不同高度的聲波特征的檢測結(jié)果進(jìn)行分析處理，可確定樁基混凝土的強(qiáng)度，缺陷的性質(zhì)和空間位置。

2 聲波透射法在樁基完整性檢測中的應(yīng)用優(yōu)勢

聲波透射法可通過檢測樁身結(jié)構(gòu)的完整性，了解其缺陷位置、類型特點(diǎn)以及嚴(yán)重程度并進(jìn)行合理的評判。具體而言，需要預(yù)埋若干聲測管于樁身中，為聲波發(fā)射與接收換能器提供上下通道，配以耦合劑-水和聲波檢測儀，逐點(diǎn)檢測通道內(nèi)聲波穿越樁身不同界面混凝土?xí)r的聲學(xué)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上結(jié)合PSD判據(jù)法分析實(shí)測曲線的波形、波幅、波速、頻率等參數(shù)，判斷樁身混凝土是否存在缺陷，了解其缺陷位置、程度等情況，進(jìn)而通過對其完整性、連續(xù)性、均勻性的推斷科學(xué)評定樁基完整性的等級。較之其他樁基完整性檢測方法，聲波透射法不僅完整細(xì)致、快速準(zhǔn)確，而且不受限于樁身直徑、長度、場地條件，也無需樁基露出地面便能完成檢測，故已在公路、水利、港口等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。由于混凝土成型質(zhì)量會直接影響聲音的傳播速度，一般情況下，混凝土成型質(zhì)量越好，強(qiáng)度越高，聲速越大。而波幅作為聲音傳播能量的主要形式，相對而言對灌注樁混凝土缺陷最為敏感，即波幅值因缺陷位置吸收了更多的傳播能量、增大了散射程度而明顯降低，因此屬于主要判據(jù)之一。再者，聲時(shí)-深度曲線中鄰近兩點(diǎn)斜率與測點(diǎn)聲時(shí)差之積為PSD判據(jù)，對于偏離該乘積值的位置的樁身很有可能存在質(zhì)量缺陷，具體應(yīng)可結(jié)合聲幅、聲速等加以判斷。如果樁身完整、樁體無缺陷，波速、波形一般均勻、正常，且波幅差異不明顯；如果因樁基材料拌和不均，存在孔洞、裂縫、蜂窩等質(zhì)量缺陷，或者孔底出現(xiàn)嚴(yán)重的浮渣則易影響樁基完整性，此時(shí)波速、波幅會低于臨界值，波形發(fā)生畸變，PSD值則會突變或增大，對此可經(jīng)挖樁驗(yàn)證。

3 超聲波透射檢測技術(shù)應(yīng)用研究

3.1 聲測管材料與尺寸

聲測管是超聲波透射的徑向換能通道，安裝在樁基礎(chǔ)內(nèi)部，在埋設(shè)過程中易受到混凝土澆筑影響而產(chǎn)生變形、位移等問題。聲測管材質(zhì)以金屬波紋管和塑料管最為常見，而塑料管自身溫度系數(shù)與混凝土存在較大的差異，在樁基礎(chǔ)澆筑過程中容易產(chǎn)生水化熱反應(yīng)，進(jìn)而造成塑料聲測管與混凝土之間出現(xiàn)裂縫，影響超聲波透射結(jié)果準(zhǔn)確性。同時(shí)，由于樁基礎(chǔ)為混凝土鋼筋材質(zhì)，塑料管與鋼筋籠材質(zhì)不同，綁扎密實(shí)度較低，且鋼筋籠吊裝時(shí)會產(chǎn)生較大作用力，容易出現(xiàn)聲測管變形、位移問題。因此，在超聲波透射檢測技術(shù)應(yīng)用中，通常選用金屬波紋管作為聲測管材料。選擇尺寸時(shí)，為便于換能器上下正常移動，聲測管直徑應(yīng)大于換能器10mm左右，通常選擇35-50mm的金屬波紋管。

3.2 聲測管埋設(shè)要點(diǎn)

在對測聲管進(jìn)行預(yù)埋時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行施工作業(yè)。當(dāng)樁基礎(chǔ)的直徑小于1.5米,大約3聲測管應(yīng)該嵌入在指定范圍內(nèi)；當(dāng)直徑大于1.5m時(shí)，聲測管的數(shù)量應(yīng)控制在4個(gè)，以保證聲透射法的準(zhǔn)確性。然后，在完成聲波探測管埋作業(yè)后，相關(guān)人員應(yīng)采用鋼板對管底進(jìn)行焊接作業(yè)，在這種情況下，施工人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的施工方式，并確保焊接的整體質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)定，避免料漿的質(zhì)量問題會影響整個(gè)測試。在鋼筋籠內(nèi)焊接聲學(xué)試驗(yàn)管時(shí)，各焊接管應(yīng)平行，所有接頭位置均應(yīng)焊接處理，然后埋入樁底。我們需要考慮到聲學(xué)管道的尺寸。管子直徑大，施工時(shí)需要分段焊接。

3.3 收發(fā)換能器安裝與使用要點(diǎn)

在實(shí)際樁基測試過程中,使用聲波透射法的過程中,測試人員應(yīng)該首先安裝扶正器,收發(fā)器傳感器安裝在管。安裝完成后,安裝的傳感器應(yīng)詳細(xì)檢查,確保后續(xù)工作是正常的,不會有提升的問題。樁基檢測的過程中,為了提高信號檢測的性能,工作人員需要調(diào)整和控制檢測儀器,確保顯示的數(shù)據(jù)可以清楚地顯示超聲波,以保證其準(zhǔn)確性。在連接的檢查點(diǎn),相關(guān)人員應(yīng)確保檢查點(diǎn)之間的距離大約是0.2米,0.5米。在檢測過程中，如果發(fā)現(xiàn)異常條件或條件，如檢測結(jié)果不明確，而在后續(xù)的樁基檢測工作中，樁基檢測工作應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，相?yīng)的監(jiān)測，確保施工過程中的各個(gè)方面都得到更好的處理。使用這兩個(gè)傳感器，相關(guān)人員需要從上到下非常準(zhǔn)確地記錄檢測結(jié)果。此外，如果在觀測數(shù)據(jù)處理過程中出現(xiàn)異常情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇多種超聲波檢測方法，如角度測量法、扇形掃描法等。

3.4 檢測現(xiàn)場問題處理要點(diǎn)

在使用聲透射法進(jìn)行探測的過程中，可能會出現(xiàn)各種各樣的問題，這些問題會給整個(gè)施工過程帶來極大的不便。檢查人員應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對檢測過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行整理，找出可能出現(xiàn)的問題，并進(jìn)行調(diào)查。重要的是要注意，信號檢測問題很可能是由于設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)問題，聲試管還是沒有水，所以當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，相關(guān)人員要檢查聲試管是否有水，并排除設(shè)備系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的故障，以確保安全相關(guān)人員對這個(gè)問題及時(shí)處理。

綜上所述，聲波透射檢測法因其自身具備的特點(diǎn)和優(yōu)勢，在工程建設(shè)質(zhì)量檢測中得到日漸廣泛的應(yīng)用。而只有檢測人員對聲波透射法的使用原理、檢測步驟、數(shù)據(jù)分析等有清晰準(zhǔn)確的認(rèn)識，才能在實(shí)踐應(yīng)用過程中正確使用，充分發(fā)揮其優(yōu)勢的同時(shí)降低方法本身不足帶來的負(fù)面影響，最終達(dá)到科學(xué)、準(zhǔn)確的檢測效果。