聲波透射法在檢測基樁質量中的應用探討

廣東天信電力工程檢測有限公司

摘要：隨著現代工業和科學技術的發展，無損檢測技術的發展也日趨成熟，已受到各個工業領域和科學研究部門的重視。基樁的聲波透射法檢測在工程質量控制中是比較重要的方法，本文通過對聲波透射法進行分析并且提出自己的一些建議，以供參考。

關鍵詞：聲波透射法；檢測；基樁質量

1前言

聲波透射技術的發展不僅僅推動了科學技術的進行，而且帶到了經濟發發展，它是經濟建設以來發展最晚但卻最迅速的一種技術，它的檢測無損傷，對基樁的密實度的反應很是直觀、準確，更能準確地鑒別基樁本身缺陷的性質和缺陷的具體位置，測試結果不受樁長限制。

2超聲波透射法的原理

由超聲脈沖發射源在混凝土內激發高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統記錄該脈沖波在混凝土內傳播過程中表現的波動特征。根據波的初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，在測區范圍內得出混凝土的密實度參數1。當混凝土無缺陷時，混凝土是連續體，超聲波在其中正常傳播，接收系統接收到的聲時、波幅和波形均勻、正常。當混凝土內存在缺陷時，其連續性就會中斷，在缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產生波的透射、反射以及缺陷對波的吸收衰減，接收到的透射能量就會明顯降低；當混凝土內存在嚴重缺陷時，如蜂窩、孔洞、不粘稠等，將產生波的散射和繞射，接收到的聲時、波幅將明顯降低，波形嚴重畸變甚至丟波2。聲波透射法樁基檢測就是根據混凝土聲學參數測量值的相對變化，分析、判別其缺陷的位置和范圍，評定樁基混凝土質量類別。

3超聲波透射法基樁檢測方法

按照超聲波換能器通道在樁體中的不同的布置方式，超聲波透射法基樁檢測主要有三種方法：

（1）樁內跨孔透射法。將兩根或兩根以上的聲測管預埋在樁內，通過安置在管道內的換能器發射穿透混凝土的聲波，由另一管道內的接收換能器進行接收，從而檢測樁的質量，當采用大直徑灌注樁時，也可使用鉆芯法所打的孔進行檢測。

（2）樁外孔透射法。當樁的上部結構已施工或樁內沒有換能器通道時，可在樁外緊貼樁邊的土層中鉆一孔作為檢測通道，檢測時在樁頂面放置一發射功率較大的平面換能器，接收換能器從樁外孔中自上而下慢慢放下，超聲波沿樁身混凝土向下傳播，并穿過樁與孔之間的土層，通過孔中耦合水進入接收換能器，逐點測出透射超聲波的聲學參數，根據信號的變化情況大致判定樁身質量。由于超聲波在土中衰減很快，這種方法的可測樁長十分有限，且只能判斷夾層、斷樁、縮頸等。

（3）樁內單孔透射法。當樁內只能有一個孔道時，可以采用單孔透射法進行檢測，將換能器放置在孔中，換能器間采用隔聲材料進行阻隔，聲波發射后經過藕合水進入孔壁混凝土表層，在傳播一定距離后經過藕合水到達接收器上，從而測出相應的聲學參數，當管道中存在鋼質材料時，將會對聲波的繞行產生影響，則不能采用該方法。

4聲波透射法的基樁檢測儀器

聲波透射檢測法的檢測裝置主要由超聲探頭、超聲儀、探頭升降裝置及樁內預埋聲測管組成。

（1）超聲探頭。基樁檢測中所用的探頭一般為柱狀徑向振動換能器，為了通過安裝前置放大器的方式提高接收換能器的靈敏度，考慮到換能器一般在水下工作，因此，要求其保證在100m水深條件下不出現漏水的情況。

（2）超聲儀。發射系統應保證能夠輸出250一1000v的脈沖電壓，激發壓電體的脈沖波可為階躍脈沖或矩形脈沖。接收系統的頻帶寬度宜為5一50kHz，增益應儀器的測時范圍應大于2000μs，計時精度應高于1μs。數據采集、數據處理以及顯示系統是裝置的重要組成部分，通過對數據信號的自動測讀及處理能夠有效的提高現場的檢測效率。

（3）探頭升降系統。為了測量不同深度范圍內的混凝土基樁質量，應布設探頭升降系統，使得超聲探頭能夠在聲測管中按要求升降。一般采用人工升降或電動升降兩種方式。

5聲測管的預埋和管材的選擇

為了使換能器能達到檢測部位，需預先埋設若干檢測通道，它在樁的橫截面上的布局，決定了檢測的有效面積和探頭提拉次數，所以聲測管的預埋是影響檢測方式和信號分析判斷的基本問題。

5.1聲測管的選擇

對聲測管的材料要求是：有足夠的機械強度，保證在灌注樁混凝土澆注過程中不會變形；與混凝土粘結良好，不致在聲測管和混凝土間產生剝離縫，影響測試。根據這些要求，鋼管是最合適的材料。為了節省費用，對于樁身長度小于15m的短樁，可用硬質PVC塑料管或金屬波紋管，一般規定，聲測管的直徑通常比徑向換能器的直徑大10～20mm即可，宜用規格內徑35～50mm。管的壁厚對聲能透過率影響較小，所以，原則上對聲測管壁厚不作要求，但就節省材質用量而言，管壁只要能承受新澆混凝土的側壓力，則越薄越好。

5.2聲測管的埋置數量和布置方式

聲測管在樁的橫截面上的布局應考慮檢測控制面積，根據樁徑大小預埋超聲檢測管，樁徑為0.6～1.0m時宜埋二根管；樁徑為1.0～2.5m時宜埋三根管，按等邊三角形布置；樁徑為2.5m以上時宜埋四根管，按正方形布置。聲測管之間應保持平行，但在實際施工中，由于鋼筋骨架剛度的原因，會造成一定的誤差，應盡量控制。

5.3聲測管的安裝

聲測管應牢牢固定在鋼筋籠內側，對于鋼管，每2m間距設一個固定點，直接焊接在架立筋上；對于PVC管，每1m間距設一固定點，應牢固綁扎在架立筋上。對于無鋼筋籠的部位，聲測管可用鋼筋支架固定，聲測管應一直埋到樁底，聲測管底部應預先封焊死，管的上端應高于樁頂表面300～500mm，同一根樁的聲測管外露高度宜相同，上頂端用螺紋蓋、塞或木樁封閉管口，防止異物掉入管內。

6檢測結果的數據分析和判斷

對實基樁的超聲波透射法檢測需要分析和處理的主要聲學參數是聲速、波幅、主頻，同時測波形的觀察和記錄，如何在這些數據的基礎上，對樁的完整性、連續性、強度等級等做出判斷，是超聲法檢測的關鍵。目前，常用的樁身缺陷判斷方法有兩大類，第一類是數值判據法，即根據測試值經適當的數字處理后找出一個存在缺陷的臨界值作為依據，這種方法能對大量測試數據做出明確的分析和判斷，通常用于全面掃測時缺陷的初步判斷；第二類是聲場陰影區重疊法，這類方法通常用于數值判據法確定缺陷位置后的細測判斷，以便詳細劃定缺陷的位置、大小和性質等，在樁身缺陷的超聲檢測種，這兩類方法必須聯合使用，過分偏重任何一種方法都是不合理的3。

7 聲波透射法檢測中的影響因素

在基樁的聲波透射法檢測的過程中，檢測人員除了要掌握扎實的理論基礎知識和熟練的檢測操作技術外，還應該了解影響其測量的有關因素，這樣就可以在檢測和數據分析處理中，把這些影響因素順便排除掉。

（1）聲測管的影響，基樁成樁后由于各種原因沒能及時進行檢測，導致聲測管銹蝕嚴重，鐵銹對聲波透射法的聲時、波幅、波形均有嚴重干擾，甚至無法接收到波形。此時亦應先對聲測管進行清管處理后方可進行正常檢測。

（2）聲測管管接頭的影響，中長樁通常要幾節管子才能連接起來，通長到樁底，兩管之間接頭有采用短管節套焊接而成的，也有采用螺紋連接的。不論采用何種連接方法，進行超聲檢測時，應考慮是否是管接頭的影響，可根據聲測管安裝的施工記錄輔助判斷。

（3）聲測管彎曲的影響，聲測管彎曲導致測距增大或減小，使正常混凝土的聲時有可能超判據，此時應結合波幅與波形進行綜合分析，在檢測過程中不能根據某單一指標來作出判斷，而應綜合各個指標來分析是否有缺陷以及缺陷的范圍和程度。

（4）藕合劑的影響，在樁基超聲波透射法檢測過程中，經常會在聲測管中注入清水作藕合劑，而這種方法在運用到實際施工時，一些施工單位或貪圖方便、或對檢測方法不甚了解，在聲測管中隨意注入泥水或污水，放置一段時間后，泥水發生沉淀，可能出現探頭通不到管底，或者影響樁底聲波信號，出現假缺陷，導致誤判。

（5）混凝土齡期的影響，混凝土聲速隨齡期的增加而上升。但在硬化初期，聲速很低，與泥砂夾層難以區別，而且在硬化初期，混凝土對聲能的吸收衰減較大，信號強度較低，所以應待混凝土齡期達到規范要求后，再進行聲波透射法檢測

（6）樁底沉渣的影響，當超聲檢測到樁底時，如果樁低沉渣太厚，就會出現樁底聲速和首波幅度急劇下降的情況，此時聲速在2.0 km/s以下。

（7）檢測探頭的影響，用不同的換能器進行測量，得到的首波波幅值差距也比較大。因此，不能生硬的比較不同探頭檢測的首波波幅，應作合理的分析。

結束語

聲波透射法是一種檢測基樁混凝土質量行之有效的方法，其檢測方法簡便、成果反映直觀、檢測精度高。但是在檢測時，對有缺陷的樁應持慎重的態度，要綜合考慮各方面的影響因素，不要漏判缺陷，也不要夸大缺陷的嚴重程度，要分析各聲學參量發生變化的原因，科學準確地評價基樁混凝土質量。

參考文獻：

[1] 羅騏先，樁基工程檢測手冊[M].北京：人民交通出版社，2003

[2] 馬宗治：《聲波透射法在基樁檢測中的應用》，《今日科苑》，2007年18期

[3] 杜存全：《聲波透射法在基樁檢測中的應用》，《科技信息》，2009年04期