聲波透射法基樁完整性評判模式探討

劉海濤，鄭 東

（四川衡信公路工程試驗檢測有限公司，四川成都611130）

聲波透射法基樁完整性評判模式探討

劉海濤*，鄭 東

（四川衡信公路工程試驗檢測有限公司，四川成都611130）

目前已被用于基樁混凝土內部缺陷判斷的參量有聲速、波幅和PSD，但是在工程實踐中對Ⅱ類、Ⅲ類樁的分類一直是有爭議性的問題。因此在對Ⅱ、Ⅲ類樁缺陷投影分析的基礎上，從判別模式和判別標準上做了深入的剖析，保證了判定結果的統一性。

聲波透射法；聲速；波幅；PSD；缺陷投影

基樁聲波透射法檢測是超聲檢測技術的具體應用，是目前最主要的一種基樁完整性無損檢測方法。基樁聲波透射法檢測與靜載試驗法、鉆芯法、高低應變法等檢測方法相比，具有現場操作方便快捷、無損、檢測范圍全面、測試結果直觀、易于復檢等多種優點。尤其是在大直徑灌注樁中得到廣泛應用。

基樁聲波透射法檢測的基本原理是利用超聲波透射原理，在樁身混凝土內發射并接收超聲波，通過實測超聲波在混凝土介質中傳播的歷時、波幅、頻率及波形等參數的相對變化來判斷樁身完整性。如圖1所示。

圖1 聲波透射法檢測原理和傳播路徑

1 問題的提出

聲波透射法是超聲脈沖波穿過樁身混凝土后，被接收換能器所接收。該接收信號帶有混凝土內部的許多信息，如何把這些信息離析出來，予以定量化，并建立這些聲學參量與混凝土強度、內部缺陷和均勻性等物理指標的定量關系，是當前采用超聲脈沖檢測法的關鍵問題。目前已被用于灌注樁混凝土內部缺陷判斷的參量有聲速、波幅和PSD。但是在工程實踐中判別模式和判別標準依然不易把握，從而造成同樣的測試曲線，不同認知的人可能得出不同的評判結果。對Ⅱ類、Ⅲ類樁的分類一直是有爭議性的問題。因此，如何做到判定結果的統一性，是我們需要解決的問題。

2 評判指標的離析和優劣敏感性分析

（1）聲速判據。聲速分析判斷有2種方法：概率法和聲速低限值法。概率法是一種相對比較法，它考察的只是某測點聲速與所有測點聲速平均值的偏離程度，在使用時，沒有與聲速絕對值相聯系。鑒于此，規范增加了低限值異常判定，當各測點的聲速值普遍偏低且離散性很小時，宜采用聲速低限值判據。即實測混凝土聲速值低于聲速低限值時，直接判定為異常。

在施工現場的檢測中，常常會遇到以下2種情況：第一種情況是由于聲測管不平行而產生的。在混凝土灌注樁的施工過程中，由于種種原因造成聲測管向外、向內或扭曲，使聲測管不平行，兩管間的距離不能確定。由于不平行聲測管的介入，造成在平行聲測管中測出異常點變成正常點。第二種情況是當各測點聲速離散較大，用概率法判斷存在異常測點，但異常點的聲速在混凝土聲速的正常取值范圍內，不應判為樁身缺陷。通過這兩種情況的分析，可以得出聲時判據的不唯一性。所以在檢測過程中不能過于依賴判據，應根據具體問題具體分析。

（2）波幅判據。波幅是超聲脈沖穿過混凝土后的衰減程度的指標之一。首波波幅對缺陷的反應比聲速更為敏感。當混凝土中存在低強度區，離析區以及存在夾泥、蜂窩等缺陷時，將產生吸收衰減和散射衰減，使接收波波幅明顯下降。但波幅的測試值易受儀器設備、測距、耦合狀態等許多非缺陷因素的影響。

（3）PSD判據。根據樁身某一檢測剖面各測點的實測聲時Tc（μs），及測點高程z（mm），可得到一個以Tc為變量，z為自變量的函數。Tc=f（z）。

圖2 聲速、波幅、PSD繪于同一坐標系

圖3 基樁測試曲線圖

當樁身完好時，f（z）應該是連續可導函數。當某剖面存在缺陷時，函數Tc=f（z）在該剖面就不可導。PSD判據實際上反映了測點間距、聲波穿透距離、混凝土質量等因素的綜合關系，這一關系隨缺陷的性質和范圍的不同而不同，表現為斜率的變化。如圖2所示。

3 工程實例

以某橋梁基樁工程為例：工程地質概況：橋位處上覆粘土，下伏粉砂質泥巖及細砂巖。本次檢測樁占所檢橋基樁總數100%。基樁類型：鉆孔灌注樁，成孔方式：旋挖成孔、沖擊成孔，持力方式：端承式。混凝土強度為C30。測試方式：超聲波跨孔透射法測試儀器：RSM-SY7型超聲波儀。基樁測試曲線見圖3。

根據該測試曲線判定為Ⅲ類樁是過于嚴格的。導致上述原因是缺陷投影面積與測試特征曲線并不是一一對應，經分析發現Ⅲ類樁的特征曲線并不一定都在水平面上的投影面積較大。當Ⅱ類樁缺陷位于聲測管附近，也會出現Ⅲ類樁的特征曲線。見圖4。

圖4 Ⅱ、Ⅲ類樁身缺陷投影圖

規范是先以Ⅲ類樁缺陷所具有的共同特征曲線為前提，所以當反過來用測試曲線判別樁是否為Ⅲ類樁這就需要謹慎分析。

4 進一步探討的措施

通過應用實踐，對Ⅱ、Ⅲ類樁的分類做了廣泛的分析和探討，認為問題的根源有3點：首先是在輕微缺陷和明顯缺陷的界定是非量化的。要剖析哪些是充分條件，哪些是必要條件；這是導致檢測結論容易出現爭議和不確定性的根本原因；其次是超聲波檢測原理中聲場的復雜性；再次是混凝土施工缺陷的復雜性和隨機性。

因此還需在以上問題中進一步加強Ⅱ、Ⅲ類樁測試曲線和特征曲線的匹配性研究，在判別模式上指導實踐應用。具體措施如下：加強分析單點波形首波的初始起跳和最短傳播路徑；對樁中心的測試盲區要謹慎區分；對兩種相當的缺陷在綜合評判時聲速波幅判據在主次之分上要謹慎對待，防止相同測試曲線的干擾。

5 結語

（1）雖然用于樁身混凝土缺陷的有多個聲學指標——聲速、波幅、PSD，它們各有特點，但均有不足。在實際應用中，既不能唯聲速論，也不能不分主次將各種判據同等對待。

（2）基于對基樁實測特征曲線的分析，采用交叉斜測法分析缺陷的投影尺寸，可以有效地判定樁身混凝土中缺陷的性質和位置。

[1]中國建筑科學研究院.JGJ106-2003建筑基樁檢測技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[2]中華人民共和國交通部.JTG/T F81-01-2004公路工程基樁動測技術規程[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]李廷，徐振華，羅俊.基樁聲波透射法檢測數據評判體系研究[J].巖土力學，2010,31（10）：3165-3172.

[4]鐘會生,郭大兵.聲波透射法檢測樁身質量的技術探討[J].土工基礎,2001,15(1)：18-38.

TU473.1

A

1004-5716(2015)06-0196-03

2014-06-16

劉海濤（1980-），男（漢族），湖北荊州人，工程師，現從事公路工程技術檢測技術工作。