聲波透射法在樁基質量檢測中的應用

馮高峰 張海峰 岳元元

安陽市建筑設計研究院

聲波透射法在樁基質量檢測中的應用

馮高峰 張海峰 岳元元

安陽市建筑設計研究院

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現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。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，結果準確可靠，以及現場操作簡單，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；樁基質量檢測；應用

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量的好壞。由于施工現場環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。據統計，在混凝土灌注樁基施工過程中出現質量缺陷的概率甚至高達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，嚴重影響著工程建設進度和結構物的安全。因此，混凝土灌注樁基的成樁質量檢測己引起廣泛關注，準確地發現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，對工程項目建設的安全有序進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，混凝土內部存在的缺陷會形成波的阻抗，相較于正常狀態的混凝土來說，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，以人工方法發射超聲波脈沖，脈沖在樁基內部缺陷部位或出現透射、反射和繞射現象，在波形上會有對應的顯示，以波行分析為基礎即可以檢測判斷出樁基完整性和缺陷情況。聲波透射法應用的過程中，能夠對聲波經過樁基混凝土傳播后的聲學參數量值和變化情況進行分析和測定，從而對樁基混凝土質量情況進行判斷，主要應用的聲學參數有聲速、波形、頻率及波幅等，這些聲學參數與樁基混凝土質量密不可分。

2 聲波透射法應用的可行性分析

當樁基周圍巖出現較大的阻礙時，樁基的反射信號難以得到良好的傳導，從而大大地減弱了樁基的反射信號，嚴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出來。而對于聲波透射法來說，能夠詳細地劃分出不同區域的缺陷，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量檢測中的應用

3.1 測試前的準備工作

(1)被檢樁的混凝土齡期大于14d；(2)聲測管內灌滿清水，且保持暢通；(3)調查、收集待檢工程及受檢樁的相關技術資料和施工記錄，比如樁的類型、尺寸、標高、施工工藝、地質狀況、設計參數、樁身混凝土參數、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，一定要仔細綁扎聲測管，保持聲測不發生變形和彎曲，澆注后，用橡皮塞堵住管口，以保證沒有雜物落入管內，維持管內通暢。檢測前，將聲測管灌滿水(作為聲波傳播的介質)。(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地放入聲測管內，并通過定滑輪將若干個換能器控制在同一標高，其累計相對高差不應大于20mm，并隨時校正。并通過數據線將聲波檢測計數據儀、換能器電纜線和聲波儀三者連接在一起。

3.2 數據采集

對于聲時值和波幅值出現異常的部位，應采用水平加密、等差同步或扇形掃測等方法進行細測，結合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置及其嚴重程度。

3.3 數據分析處理與判定

(1)聲速分析：聲波的聲速在樁基質量檢測中數值較為穩定，這主要是因為聲速的大小與介質的密度相關性大。由于樁基施工中采用相同的配合比來生產混凝土，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量進行評價就不十分貼切，可以作為參考指標使用。

(2)波幅分析：當樁的內部出現缺陷(離析、疏松、夾泥等)，聲波因穿過缺陷區，產生各種折射、反射以及繞行，不僅會導致波速下降，也會導致接收信號的波幅(波能量)下降。因此，聲波波幅也是判斷混凝土質量的重要因素。波幅判斷依據：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。聲波經過混凝土之后會發生一系列的折射和反射作用，所以聲波在到達接收器之后所接受到的主頻會發生一定程度的漂移造成主頻產生衰減，通過實測主頻發生衰減的程度就能夠對混凝土的質量做出較為準確的評價。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量越差。同波幅分析相類似，主頻數據的在一定程度上會受到檢測設備系統工作狀態的影響，還會受到檢測的樁長和聲波耦合情況的影響。主頻的變化也呈現正態分布的特征。另外主頻數據的獲取沒有聲速獲取數據穩定，跟波幅數據分析對病害的反映相對較弱，在實際的樁基質量檢測中主頻數據變化只是作為波幅數據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要做到仔細分析、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、使用方法以及該方法本身的缺陷進行深人了解，才能在實際操作過程中正確使用，充分發揮其在樁基檢測中的作用，最終達到理想的效果。

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