超聲波無損檢測技術(shù)在樁基工程中的應(yīng)用

胡志剛 郭建斌

摘要：隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，城市中的部分建筑向著高層建筑方向發(fā)展，建筑荷載量增大的同時(shí)，樁基規(guī)格也發(fā)生了改變，樁基施工作為基礎(chǔ)工程，其會(huì)受到多種因素的干擾，而在施工過程中使用的檢測方式一般很難判斷出樁基存在的各種問題。而超聲波檢測技術(shù)在確保樁基完整性的同時(shí)，也能夠準(zhǔn)確判斷樁基存在的安全因素和缺陷，極大的保障了樁基施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：超聲波無損傷檢測技術(shù);樁基工程;技術(shù)原理

引言：我國社會(huì)發(fā)展速度不斷加快，建筑水平得到了一定的提升。在工程施工匯總，天然地基已經(jīng)無法滿足施工建設(shè)的要求，因此誕生出了多種型號和規(guī)格的樁基。樁基的質(zhì)量問題會(huì)直接影響到建筑工程的質(zhì)量。為保障樁基的安全和質(zhì)量問題，必須對樁基展開檢測工作，而使用超聲波檢測技術(shù)不僅可以無損傷對樁基進(jìn)行檢測，而且可以保障檢測工作效率和結(jié)果準(zhǔn)確性。

一、超聲波無損檢測技術(shù)優(yōu)勢及原理

超聲波檢測技術(shù)屬于五種常規(guī)無損檢測技術(shù)中的一類。超聲波技術(shù)具有速度快、檢測厚度大、成本低、靈敏度高的優(yōu)勢，不會(huì)對人造產(chǎn)生危害，能夠準(zhǔn)確定位樁基存在的質(zhì)量問題。首先，使用超聲波無損檢測技術(shù)不會(huì)破壞樁基的整體結(jié)構(gòu)和性能。其次，超聲波檢測設(shè)備屬于高科技產(chǎn)物，能夠?qū)痘M(jìn)行全方位的的檢測，并且超聲波檢測技術(shù)操作簡單，檢測流程少，不會(huì)對樁基工程產(chǎn)生影響。最后，超聲波檢測技術(shù)可以對位置較深的樁基進(jìn)行檢測，并且檢測結(jié)果準(zhǔn)確率高。

超聲波檢測技術(shù)可以向特定方位發(fā)射集中的超聲波束，波束會(huì)以直線的形式在空氣、固體、液體等介質(zhì)中傳播，且具有良好的指向性。當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)出現(xiàn)衰減或者散射現(xiàn)象，會(huì)在不同介質(zhì)界面中出現(xiàn)反射、折射、波形轉(zhuǎn)換等。當(dāng)超聲波束穿過缺陷界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射波，可以利用這一特性對缺陷界面進(jìn)行探測。在能力方面，超聲波具有的能量要比聲波大。超聲波在固體介質(zhì)中傳播時(shí)，波束不會(huì)受到較大的損傷，探測深度、距離較遠(yuǎn)，因?yàn)槌暡ü腆w介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)出現(xiàn)反射和折射現(xiàn)象。當(dāng)金屬物件中出現(xiàn)分層、氣孔、裂紋等缺陷時(shí)，超聲波束進(jìn)入后出現(xiàn)全部或者部分反射，在探頭接收到反射波后，會(huì)在儀器上顯示波形，可以根據(jù)波形變化情況，判斷工件的深度、缺陷位置、形狀等。

二、超聲波無損檢測技術(shù)在樁基工程中的應(yīng)用

（一）樁基承載能力檢測

在樁基工程中超聲波檢測技術(shù)對其承載能力的檢查可以分為兩種，高應(yīng)變動(dòng)測法和靜荷載實(shí)驗(yàn)法。超聲波靜荷載實(shí)驗(yàn)法可以對樁基縱向施加的承載力進(jìn)行檢測，在樁基檢測過程中需要在其頂部位置施加靜荷載，通過對收集到的曲線參數(shù)變化情況可以初步分析出樁基承載力，為樁基工程的開展提供數(shù)據(jù)支持，保障施工質(zhì)量。超聲波靜荷載實(shí)驗(yàn)方法在樁基承載力檢測時(shí)所需實(shí)踐較長，并且檢測成本較高，同時(shí)在樁基檢測時(shí)對施工安全系數(shù)具有較高的要求，因此，使用靜荷載檢測方法無法獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。高應(yīng)變測試方法可以檢測樁基的單樁承載能力以及樁身完整性。檢測時(shí)需要使用高于樁基重量力度的錘重，通過自由落體的方法錘擊樁基頂端位置，利用樁基頂端位置傳導(dǎo)出的波束測試樁基動(dòng)力系數(shù)，對收集到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以獲得樁基承載力。

（二）樁基完整性檢測

在檢測樁基完整性時(shí)，使用低應(yīng)變動(dòng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)是最有效的方法，低應(yīng)變動(dòng)法是對樁基頂部位置施加低頻率的振動(dòng)能量，可以引起樁基與周圍土體產(chǎn)生共振，利用檢測設(shè)備或者儀器對土體產(chǎn)生的共振速度進(jìn)行收集并檢測，然后通過超聲波阻抗理論和振動(dòng)原理，分析和計(jì)算反射回來的超聲波參數(shù)，以此來獲取樁基完整性和施工質(zhì)量，并評估樁基承載能力。在檢測樁基完整時(shí)，可以利用超聲波透射方法進(jìn)行檢測。超聲波透射檢測方法是通過超聲波傳導(dǎo)學(xué)理論，對混凝土中傳導(dǎo)的聲波參數(shù)展開分析和檢測，如幅度、聲速、頻率、音頻等，對聲波傳導(dǎo)情況以及參數(shù)變化進(jìn)行分辨，可以獲得準(zhǔn)確的樁基完整性、斷層部分、連續(xù)性各項(xiàng)參數(shù)。此外，利用超聲波透射檢測方法可以獲得準(zhǔn)確的樁基缺陷大小和位置等因素，為樁基工程施工質(zhì)量提高保障。

三、工程實(shí)例分析

（一）工程情況

張家口緯二橋是以高山滑雪為原型設(shè)計(jì)的塔橋，緯二橋橫跨清水河，塔橋總長為162m，橋梁寬度為15m，梁面積約為8262平面米，道路面積約為25819平方米，栓箱梁總長為61m，鋼箱梁長為101m，塔高為45m，樁基數(shù)為47根。道路為雙向車道。張家口緯二橋西起清水河，東接濱水南路，與京張鐵路遙相呼應(yīng)。使用超聲波無損技術(shù)檢測緯二橋樁基時(shí)，需要對樁基內(nèi)部填埋檢測管道，然后在超聲波檢測設(shè)備的幫助下，向樁基發(fā)出信號，當(dāng)超聲波檢測裝置接收到信號后，會(huì)通過檢測設(shè)備進(jìn)行判斷和分析聲波信號，主要是利用超聲波傳播時(shí)間、幅度值、頻率等，對收集到的信號進(jìn)行分析后可以判斷出樁基的完整性，內(nèi)部是否存在缺陷等問題。在超聲波傳輸速度分析過程中，如果發(fā)現(xiàn)速度低于正常速度，則表明樁基內(nèi)部存在缺陷和質(zhì)量問題。若在檢測時(shí)出現(xiàn)多個(gè)檢測點(diǎn)速度都低于正常速度并且呈現(xiàn)出離散型，則可以確定樁基內(nèi)部有缺陷問題。在使用超聲波波動(dòng)幅度值對緯二橋樁基承載力位置分析時(shí)，若測試數(shù)值比標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值低，則表明測試位置存在一定的質(zhì)量問題，若需求對明確測試結(jié)果，卻對進(jìn)行多次測試。

（二）檢測分析

在樁基檢測中使用鉆芯檢測方法驗(yàn)證鉆孔灌注樁基質(zhì)量，通過超聲波檢測法對樁基的缺陷位置和樁基完整性進(jìn)行檢測。通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，可以得出測試樁為基礎(chǔ)樁型，樁基深度一致，波速與波幅深度一致。通過使用波幅分析法、PSD判斷法、波速對比法，分別判定施工質(zhì)量和樁基完整性。使用PSD判斷法可以準(zhǔn)確獲取樁體發(fā)生形變出現(xiàn)缺陷的問題，檢測時(shí)不會(huì)受到樁基非缺陷影響因素的干擾。如果對樁基進(jìn)行檢測后發(fā)現(xiàn)樁基深度位置質(zhì)量變化較為明顯，就說明樁體深度位置存在的缺陷。樁基本身具有的彈性模量會(huì)對超聲波傳播速率產(chǎn)生一定影響，因此使用聲速對比法可以聲波平均波速進(jìn)行檢測，然后使用概率法可以對超聲波速的臨界值進(jìn)行判斷，可以準(zhǔn)確獲得混凝土的密度。波幅判斷檢測方法可以反映出超聲波在樁基中的衰減情況，若檢測到波束出現(xiàn)衰減變化，則說明樁基存在缺陷問題。

結(jié)論：綜上所述，樁基工程是隱蔽工程，其質(zhì)量是否良好會(huì)影響到整個(gè)建筑可靠性、安全性，同時(shí)也會(huì)對社會(huì)人民以及建筑單位產(chǎn)生影響。超聲波無損檢測技術(shù)作為一種高科技技術(shù)，在不破壞樁基結(jié)構(gòu)的同時(shí)，其檢測結(jié)果可靠且準(zhǔn)確。在樁基工程中應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)，可以幫助施工單位做好質(zhì)量檢查實(shí)驗(yàn)和工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)樁基存在的質(zhì)量問題和缺陷，保障了樁基工程的質(zhì)量安全。

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作者簡介：

胡志剛（1982-）男，漢，江陰，本科，江蘇法爾勝材料分析測試有限公司，工程師，研究方向：無損檢測