聲波透射法在樁基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

馮高峰 張海峰 岳元元

安陽市建筑設(shè)計研究院

聲波透射法在樁基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

馮高峰 張海峰 岳元元

安陽市建筑設(shè)計研究院

樁基檢測包括樁基承載力和樁身完整性檢測。樁基承載力的大小直接決定樁基能否承受并傳遞上部荷載。完整性檢測是為了發(fā)現(xiàn)某些可能影響樁基承載力的缺陷，確保樁基的耐久性，為減少安全隱患、可靠判定樁基承載力服務(wù)。因此，樁身完整性檢測十分必要。目前，我國樁身完整性檢測以無損檢測為主，其中聲波透射法檢測因具有范圍覆蓋廣，信息量豐富，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，以及現(xiàn)場操作簡單，不受樁長和樁身限制等特點，而得到廣泛使用。本文以鉆孔灌注樁樁基檢測為例，來淺析聲波透射法。

聲波透射法；樁基質(zhì)量檢測；應(yīng)用

混凝土灌注樁基屬于隱蔽性工程，通常無法從外觀上可以看到樁基質(zhì)量的好壞。由于施工現(xiàn)場環(huán)境或者施工管理等因素的影響，成型后的樁基樁身可能存在縮頸、夾泥、孔洞等多重有害缺陷。據(jù)統(tǒng)計，在混凝土灌注樁基施工過程中出現(xiàn)質(zhì)量缺陷的概率甚至高達(dá)20%以上，這在很大程度上影響了樁身的完整性和單樁的承載能力，嚴(yán)重影響著工程建設(shè)進(jìn)度和結(jié)構(gòu)物的安全。因此，混凝土灌注樁基的成樁質(zhì)量檢測己引起廣泛關(guān)注，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)樁基中存在的隱患及危害，方便、快捷地對樁基的缺陷開展有效檢測及判斷，對工程項目建設(shè)的安全有序進(jìn)行有著極為重要的意義。

1 聲波透射法工作原理

樁基施工的過程中，混凝土內(nèi)部存在的缺陷會形成波的阻抗，相較于正常狀態(tài)的混凝土來說，缺陷部分混凝土波阻抗更低，超聲波在樁基中傳播的過程中，波阻抗界面即位缺陷界面，以人工方法發(fā)射超聲波脈沖，脈沖在樁基內(nèi)部缺陷部位或出現(xiàn)透射、反射和繞射現(xiàn)象，在波形上會有對應(yīng)的顯示，以波行分析為基礎(chǔ)即可以檢測判斷出樁基完整性和缺陷情況。聲波透射法應(yīng)用的過程中，能夠?qū)β暡ń?jīng)過樁基混凝土傳播后的聲學(xué)參數(shù)量值和變化情況進(jìn)行分析和測定，從而對樁基混凝土質(zhì)量情況進(jìn)行判斷，主要應(yīng)用的聲學(xué)參數(shù)有聲速、波形、頻率及波幅等，這些聲學(xué)參數(shù)與樁基混凝土質(zhì)量密不可分。

2 聲波透射法應(yīng)用的可行性分析

當(dāng)樁基周圍巖出現(xiàn)較大的阻礙時，樁基的反射信號難以得到良好的傳導(dǎo)，從而大大地減弱了樁基的反射信號，嚴(yán)重的話將會抵消反射信號，這對樁基檢測效果影響較大。與此同時，在樁基檢測時，由于缺陷變異性變化不明顯，因此很難在檢測上展現(xiàn)出來。而對于聲波透射法來說，能夠詳細(xì)地劃分出不同區(qū)域的缺陷，較全面的掌握缺陷的位置、范圍、程度，但由于埋管的限制，一般管底距離樁底10～15cm，其主要是針對樁身混凝土的完整性及缺陷程度進(jìn)行分析，無法對樁底沉渣、樁底混凝土與持力層的接合情況進(jìn)行判斷，對于樁長較短的端承型樁樁底沉渣及持力層性狀尤為重要。

3 聲波透射法在樁基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

3.1 測試前的準(zhǔn)備工作

(1)被檢樁的混凝土齡期大于14d；(2)聲測管內(nèi)灌滿清水，且保持暢通；(3)調(diào)查、收集待檢工程及受檢樁的相關(guān)技術(shù)資料和施工記錄，比如樁的類型、尺寸、標(biāo)高、施工工藝、地質(zhì)狀況、設(shè)計參數(shù)、樁身混凝土參數(shù)、施工過程及異常情況記錄等信息；(4)聲測管處理澆注混凝土前，一定要仔細(xì)綁扎聲測管，保持聲測不發(fā)生變形和彎曲，澆注后，用橡皮塞堵住管口，以保證沒有雜物落入管內(nèi)，維持管內(nèi)通暢。檢測前，將聲測管灌滿水(作為聲波傳播的介質(zhì))。(5)用鋼卷尺測量樁頂面各聲測管之間外壁凈距離，作為相應(yīng)的兩聲測管組成的檢測剖面各測點測距，測試誤差小于1%；(6)換能器以及聲波儀將換能器緩慢平穩(wěn)地放入聲測管內(nèi)，并通過定滑輪將若干個換能器控制在同一標(biāo)高，其累計相對高差不應(yīng)大于20mm，并隨時校正。并通過數(shù)據(jù)線將聲波檢測計數(shù)據(jù)儀、換能器電纜線和聲波儀三者連接在一起。

3.2 數(shù)據(jù)采集

對于聲時值和波幅值出現(xiàn)異常的部位，應(yīng)采用水平加密、等差同步或扇形掃測等方法進(jìn)行細(xì)測，結(jié)合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置及其嚴(yán)重程度。

3.3 數(shù)據(jù)分析處理與判定

(1)聲速分析：聲波的聲速在樁基質(zhì)量檢測中數(shù)值較為穩(wěn)定，這主要是因為聲速的大小與介質(zhì)的密度相關(guān)性大。由于樁基施工中采用相同的配合比來生產(chǎn)混凝土，所以樁基的整體密度相差不大。采用聲速變化來對混凝土質(zhì)量進(jìn)行評價就不十分貼切，可以作為參考指標(biāo)使用。

(2)波幅分析：當(dāng)樁的內(nèi)部出現(xiàn)缺陷(離析、疏松、夾泥等)，聲波因穿過缺陷區(qū)，產(chǎn)生各種折射、反射以及繞行，不僅會導(dǎo)致波速下降，也會導(dǎo)致接收信號的波幅(波能量)下降。因此，聲波波幅也是判斷混凝土質(zhì)量的重要因素。波幅判斷依據(jù)：用波幅平均值減6dB作為波幅臨界值，若實測波幅低于波幅臨界值，其作為混凝土缺陷可疑區(qū)域。即

其中，AP是波幅臨界值(dB)；Am是波幅平均值(dB)；Am是第i個測點相對波幅值(dB)。

(3)主頻判據(jù)。聲波經(jīng)過混凝土之后會發(fā)生一系列的折射和反射作用，所以聲波在到達(dá)接收器之后所接受到的主頻會發(fā)生一定程度的漂移造成主頻產(chǎn)生衰減，通過實測主頻發(fā)生衰減的程度就能夠?qū)炷恋馁|(zhì)量做出較為準(zhǔn)確的評價。通過聲波透射法檢測獲得的主頻的衰減程度越大，就表明該位置處的樁基混凝土質(zhì)量越差。同波幅分析相類似，主頻數(shù)據(jù)的在一定程度上會受到檢測設(shè)備系統(tǒng)工作狀態(tài)的影響，還會受到檢測的樁長和聲波耦合情況的影響。主頻的變化也呈現(xiàn)正態(tài)分布的特征。另外主頻數(shù)據(jù)的獲取沒有聲速獲取數(shù)據(jù)穩(wěn)定，跟波幅數(shù)據(jù)分析對病害的反映相對較弱，在實際的樁基質(zhì)量檢測中主頻數(shù)據(jù)變化只是作為波幅數(shù)據(jù)分析之外的一種輔助判斷措施。

綜上所述，聲波透射法是我國建筑行業(yè)樁基檢測中使用較為廣泛的一種檢測方法。面對這樣一種極具生命力的新技術(shù)要做到仔細(xì)分析、透徹了解、正確使用。只有對聲波透射法的使用原理、操作技術(shù)、使用方法以及該方法本身的缺陷進(jìn)行深人了解，才能在實際操作過程中正確使用，充分發(fā)揮其在樁基檢測中的作用，最終達(dá)到理想的效果。

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[3]段文旭.低應(yīng)變法和聲波透射法在樁基檢測中的綜合應(yīng)用研究[D].成都理工大學(xué)，2014.