超聲波透射法在工程檢測中的應(yīng)用

摘要：隨著我國橋梁建設(shè)的發(fā)展，目前已經(jīng)建成和在建的特大型橋梁工程越來越多，跨江、跨海大橋，橋梁基礎(chǔ)樁基數(shù)量越來越多、樁徑越來越大，施工技術(shù)難度也逐步加大。因而在施工過程中不可避免地會造成樁身缺陷，而影響到樁基的完整性、使用性。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，聲波透射技術(shù)在工程建設(shè)方面得到了非常廣泛的應(yīng)用。聲波透射技術(shù)能直觀、準(zhǔn)確地反映基樁的密實度，判斷基樁缺陷的性質(zhì)及位置，同樣能夠不受基樁長度限制進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的判斷。文章主要對超聲波透射法在基樁工程檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：超聲波;透射法;樁基工程;檢測

引言

樁基是結(jié)構(gòu)物的主要承重部分，其質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)物使用的安全性及長久性，因此，其質(zhì)量檢測顯得尤為重要。目前，樁基檢測手段較多，超聲波透射法是主要檢測方法之一。聲波透射法是利用聲波的透射原理，對樁身混凝土介質(zhì)狀況進(jìn)行檢測，適用于已經(jīng)預(yù)埋了兩根或兩根以上聲測管的基樁。通過在預(yù)埋聲測管之間發(fā)射、接收聲波，得到實測聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的聲時、波幅和頻率等聲學(xué)參數(shù)的相對變化，從而判斷樁身完整性的一種檢測方法。

1超聲波透射法檢測原理、方法

1.1超聲波透射法檢測原理

混凝土是一種集結(jié)型的復(fù)合材料，其內(nèi)部存在著廣泛分布的復(fù)雜界面。當(dāng)混凝土的組成材料、工藝條件、內(nèi)部質(zhì)量及測試距離一定時，其聲波傳播速度、首波幅度和接收信號主頻等聲學(xué)參數(shù)一般符合統(tǒng)計正態(tài)分布。如果某部分混凝土存在空洞、不密實或裂縫等缺陷，便破壞了混凝土的整體性，與無缺陷混凝土相比，聲時值會偏大，波幅和頻率值會降低。

超聲波透射法檢測適用于灌注成型過程中已經(jīng)預(yù)埋聲測管的混凝土灌注樁完整性檢測。在基樁施工前，依樁徑大小（小等于1.5m埋設(shè)3根，大于1.5m埋設(shè)4根）預(yù)埋一定數(shù)量的聲測管（一般采用鋼管或鍍鋅管，底端封閉、頂端加蓋），作為換能器的通道。

1.2現(xiàn)場檢測步驟

（1）發(fā)射與接收聲波換能器通過深度標(biāo)志分別置于兩根聲測管中測點處。（2）發(fā)射與接收聲波換能器應(yīng)以相同標(biāo)高或保持固定高差同步升降，測點間距不宜大于250mm，注意保持兩換能器相對累計高差小于20mm。（3）實時顯示和記錄接收信號的時程曲線，讀取聲時、首波峰值和周期值，宜同時顯示頻譜曲線及主頻值。（4）將多跟聲測管以兩根為一個檢測剖面進(jìn)行全組合，分別對所有檢測剖面完成檢測。（5）在樁身質(zhì)量可疑的測點周圍，應(yīng)采用加密測點，或采用斜測、扇形掃測進(jìn)行復(fù)測，進(jìn)一步確定樁身缺陷的位置和范圍。（6）在同一根樁的各檢測剖面的檢測過程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設(shè)置參數(shù)應(yīng)保持不變。

2超聲波透射法在樁基檢測中的應(yīng)用

（1）混凝土灌注樁易出現(xiàn)各種各樣的質(zhì)量問題，如斷裂空洞、縮徑、離析、沉渣過厚、混凝土強(qiáng)度偏低等。如何測定缺陷的位置，并準(zhǔn)確地對其進(jìn)行評價成為基樁質(zhì)量檢測的一個核心問題，超聲波檢測法在灌注樁檢測中具有絕對的優(yōu)勢。超聲波透射法是檢測混凝土灌注樁樁身缺陷、評價其完整性的一種有效方法，當(dāng)超聲波經(jīng)混凝土傳播后，它將攜帶有關(guān)混凝土材料性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成的信息，準(zhǔn)確測定超聲波經(jīng)混凝土傳播后各種聲學(xué)參數(shù)的量值及變化，就可以推斷混凝土的性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成情況。

（2）基樁的超聲波透射法檢測需要分析和處理的主要聲學(xué)參數(shù)是聲速、波幅、主頻，同時要注意對實測波形的觀察和記錄。如何在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對樁的完整性、連續(xù)性、強(qiáng)度等級等做出判斷，是超聲法檢測的關(guān)鍵。經(jīng)比較后，采用聲場陰影區(qū)重疊法。

（3）對被測信號進(jìn)行快速傅立葉變換，就要對時域信號進(jìn)行截斷，即在時域?qū)π盘栐O(shè)置窗函數(shù)，截斷會使譜分析精度受到影響。如果時域信號是周期性的，而截斷又按整周期取數(shù)，信號截斷不會產(chǎn)生問題，因為每周期信號都能代表整個周期信號變化情況。若不是整周期截取數(shù)據(jù)，則會產(chǎn)生頻譜泄漏影響測量結(jié)果。目前減少頻譜泄露的方法主要有兩類：第一類是通過減少同步誤差來降低頻譜泄漏，即采用整周期截斷;二類是在同步誤差一定的情況下。通過對采樣數(shù)據(jù)的處理或?qū)y量結(jié)果的修正來減少測量誤差。加窗函數(shù)屬于第二類方法，而當(dāng)前主要使用加窗來減少誤差。

3判定混凝土缺陷性質(zhì)與位置的方法

在工程建設(shè)中油于混凝土灌注樁具有隱蔽性強(qiáng)、緩凝土成型復(fù)雜等特點，給施工操作帶來了不小的難度，一旦施工操作出現(xiàn)不當(dāng)便極有可能造成灌注樁離析、夾泥層至是斷樁的情況。通過應(yīng)用聲波透射法能將混凝土存在的這些缺陷性質(zhì)與位置進(jìn)行有效的檢驗和正確的判斷。

3.1判定混凝土缺陷性質(zhì)的方法

聲波是一種在不同介質(zhì)傳播中具有的聲學(xué)參數(shù)也不同的彈性波，通過對不同介質(zhì)中聲波參數(shù)進(jìn)行計算處理，能將基樁混凝土的完整性進(jìn)行準(zhǔn)確、直觀地判斷。

（1）聲波聲速與混凝土質(zhì)量之間的關(guān)系。出聲波的聲速與混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有非常緊密的關(guān)系。由于彈性模量與密度隨彈性介質(zhì)種類和性質(zhì)的不同而不同，因而聲波的傳播速度也不同。根據(jù)多項實踐證明結(jié)果可知，當(dāng)聲波的聲速越高時，說明物體發(fā)生的孔隙率越低，也就表明物體具有更好的密實性。根據(jù)這一結(jié)論我們根據(jù)聲波聲速的大小將混凝土的密實度準(zhǔn)確判斷出來。

（2）聲波波幅與混凝土質(zhì)量之間的關(guān)系。當(dāng)基樁的樁身存在缺陷時，缺陷內(nèi)含物便將穿過聲波的部分波能進(jìn)行吸收，從而接收探頭接收到的聲能明顯減少，波幅也便降低。根據(jù)這一性質(zhì)可通過觀察波幅對混凝土中的缺陷進(jìn)行判斷。

3.3判定混凝土缺陷位置的方法

在確定混凝土缺陷的范圍及位置時，通常采用扇形掃射法及交叉斜側(cè)法。其中扇形掃射法指的是先在缺陷的高程位置放置發(fā)射換能器，在缺陷剖面另一測管中將具有接收作用的換能器放置在下一段缺陷高程處，將接收換能器從下往上提到夾泥之上，這便進(jìn)行了一次掃射。在掃射過程中，要保持發(fā)射換能器處于不動的狀態(tài)，在扇形掃射完成一個之后，方可移動發(fā)射換能器進(jìn)行下一次扇形掃射。由于各測點具有不同的測距，因而只能根據(jù)相鄰兩個測點的測量值有明顯變化來對基樁的缺陷進(jìn)行判斷。因此扇形掃射法可以將出現(xiàn)缺陷的邊界地帶畫出。交叉斜側(cè)法采用的測量方式是第一次測量時，保證發(fā)射換能器的位置更高一些，第二次測量保證接收換能器處于更高的位置，在保持一定高程差的基礎(chǔ)上，在聲測管中采取相同步長的方式對兩個換能器進(jìn)行同升同降測試，并對聲波的聲學(xué)的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。根據(jù)聲時及波幅出現(xiàn)的異常特征便可將基樁發(fā)生異常的范圍準(zhǔn)確交叉圈出。

（3）注意事項。超聲波透射法只能檢測埋設(shè)聲測管部分樁身完整性，而對端承樁的嵌巖情況及樁底與巖的膠結(jié)情況也不能很好反映，所以根據(jù)具體工程情況超聲波透射法應(yīng)與其他檢測方法共同使用，比如超聲波透射法與低應(yīng)變法能夠很好檢測嵌巖樁的完整性及嵌巖情況，也能夠?qū)鶚度毕葸M(jìn)行綜合判定，避免誤判。超聲波透射法還可與鉆孔取芯法、高應(yīng)變法、靜載相結(jié)合檢測，最終保證基樁的承載力能達(dá)到設(shè)計要求。

結(jié)束語

綜上可知，在工程項目的建設(shè)過程中，為保證工程的質(zhì)量，對混凝土基樁的完整性及位置等性能進(jìn)行檢驗尤為必要。在實際的檢測過程中通常采用聲波透射的檢測法，根據(jù)發(fā)射出的彈性波的聲速大小、振幅能量及衰減程度、波形的畸變情況等聲學(xué)參數(shù)變化從，進(jìn)而對基樁樁身的完整性及均勻性進(jìn)行準(zhǔn)確、有效的判斷。

參考文獻(xiàn)：

[1]卞兆津，唐海軍.聲波透射法在混凝土灌注樁完整性檢測中的應(yīng)用[J].物探與化探.2006（02）.

[2]鄭明燕，孫洋波.聲波透射法在灌注基樁完整性檢測中的應(yīng)用研究[J].鐵道建筑2010（10）.

[3]劉德貴，姚勇，王寧.超聲波透視法在樁基檢測中的應(yīng)用[J].路基工程.2010（01）.