超聲波無損檢測技術在樁基工程中的應用

張 志 成

(天津華勘集團有限公司，天津 300181)

0 引言

隨著城市建設的快速發展，各個建筑開始面向高層與超高層的方向發展，上端的荷載量變得越來越大，樁基規格也比以往發生了較大的改變。樁基技術屬于建筑工程的隱藏構成，具備多種影響因素，施工期間也存在很多質量問題，而利用一般的檢測方法往往很難進行判別。當前存在多種樁基工程的檢測方法，其中最為常用且有效的便是超聲波無損檢測技術，其具備十分重要的作用。

1 超聲波無損檢測技術

1.1 超聲波無損檢測技術的原理

超聲波無損檢測技術主要利用了空氣中聲波的傳遞、反射等條件轉換，可以對物體進行有效檢測，以便在不損害被測對象的基礎上發現其缺陷、不均勻性以及不完整性，找出缺陷的具體位置與數量。當前，超聲波無損檢測技術已經被廣泛應用至航海、航天以及建筑等工程中。 超聲波在異物中的傳導性屬于其檢測原理：1)利用超聲波檢測被檢測物體時，一定范圍內會產生超聲波，且其可以將被測物體產生的聲源導入至檢測試件中。2)在試件中傳導超聲波時，其與試件材料以及檢測的相關物體缺陷產生作用，改變超聲波的傳導方向。3)檢測設備會接受改變狀態后的超聲波，為工作人員提供更多的分析依據。4)工作人員可以根據超聲波的檢測特性分析檢測物體是否存在缺陷問題。

1.2 超聲波無損檢測技術的優點

1)超聲波無損檢測技術被廣泛檢測金屬、非金屬以及復合類材料，且具備較強的穿透力，可以直接檢測厚度范圍較大的物體缺陷。比如超聲波技術可以直接檢測2 m范圍內的金屬物體，也可以穿透較長的鋼管。2)超聲波無損檢測技術可以直接定位缺陷部位，檢測較大面積缺陷的準確率超過了30%，具備較高的靈敏度，可以準確定位面積較小的缺陷部位。3)超聲波無損檢測技術的成本較低，且可以快速檢測，不會損害周圍的環境，更適用于檢測施工質量。

1.3 超聲波無損檢測技術的缺點

近年來，雖然在各個工程質量檢測項目中，超聲波無損技術均得到了有效采用，其存在很多檢測優勢，但在檢測復雜性較強或者不規則性的物體時，超聲波無損檢測技術不能確保較高的準確率。雖然超聲波無損檢測技術可以有效定位檢測物體的缺陷部位，但工作人員需要細致研究定量數據。除此之外，若被檢測物體中存在晶質物體，則還會影響最終的檢測結果，若檢測期間采用了手工脈沖方法也會直接影響檢測結果的真實性與準確性。

2 超聲波無損檢測技術在樁基工程中的應用

2.1 對樁基承載力的檢測

在檢測樁基工程的承載力時，超聲波無損檢測技術分為兩個部分，采用高應變動測法與靜荷載試驗法。其中，靜荷載檢測方法主要分析樁基的縱向承載力，工作人員在樁基頂端施加靜載荷力，檢測得到PS曲線，通過曲線的基本特征判斷樁基的實際承載力，并準確分析樁基的施工質量水平。但靜載荷檢測需要較長的時間，且花費成本較高，無法獲得準確的檢測結果。而高應變屬于動態檢測方法，可以有效判斷樁基的完整性以及其自身的單樁縱向承載力，在檢測過程中，施工人員主要采用自由落體的方式打擊樁基頂端，期間使用大于樁身質量的力度，通過分析頂端傳出的超聲波判斷動力系數，并分析計算樁基的實際承載力量。

2.2 對樁基完整性的檢測

低應變動檢測技術可以有效檢測樁基的完整性，其主要將較低的振動能量施加于樁基頂部，引發基身與土體的共振，之后工作人員利用適宜的設備與儀器檢測基頂振動的速度，利用超聲波振動原理檢測超聲波的反射數據，從而在確定樁基承載能力的同時判別樁基自身的施工質量以及完整性與均勻性。在檢測樁基完整性時，工作人員還可以利用超聲波透射方法，其主要檢測超聲波在混凝土中的具體傳導參數，比如波傳導中的聲速、幅度以及頻率等，分析聲波的傳導狀態以便準確判定混凝土的完整性與均勻性，找出其中的缺陷部位。由此看出，在判斷樁基缺陷部位與大小狀態時，可以采用超聲波透射法，從而更好的保證樁基的施工質量水平。

3 超聲波無損檢測技術的注意事項

1)應注意聲測管的漏漿影響，混凝土在澆筑橋梁樁身時具備一定的流動性，且存在較大壓力。若期間沒有做好聲測管接頭的安裝工作，則聲波會穿透此處的泥漿，若缺陷部位較少，則會導致誤判問題。2)樁基年齡的影響，樁基年齡在超聲波無損檢測期間具備較大的影響。對于樁基檢測，國家要求樁基齡期應在14 d以后，最短為7 d以后，若樁基齡期沒有達到標準時，則檢測期間的信號較弱，且波形并不穩定，無法達到預期的檢測標準。

4 工程實例分析

4.1 工程情況

某工程項目占據面積約為136 000 m2，整個建筑場地長約為384 m，寬約為354 m。工程地質屬于海陸交互沉積地層，主要為雜填土與黏土組成，土層并不均勻，且場地地下水為上層滯水與微承壓水，平均水位標準高度為2.03 m。根據實際荷載要求以及施工土質條件，復合地基主體應采用樁長為18 m，樁徑為1 m的鉆孔灌注樁。在施工前，超聲波發射與接受裝置的工作通道為預埋的4個聲測管，檢測時工作人員可以在聲測管中注滿清水，利用水傳輸的耦合作用測定波速以及具體幅度，并在儀器中儲存相關的采集記錄。

4.2 檢測分析

由現場檢測的基礎樁中選取鉆芯法驗證質量的鉆孔灌注樁作為分析實例，利用超聲波檢測方法判斷樁體的完整性以及實際的缺陷部位。通過分析實際參數，可知被測樁基屬于常規樁型，深度尺寸一致，波幅與波速的臨界值深度大小一致。下面對比分析PSD判斷法、波幅分析法以及波速對比法在判別樁基完整性與施工質量方面的過程。首先是PSD判別法，其可以準確反映樁體發生界面變化導致的缺陷問題，不受樁體非缺陷因素的影響。通過測定，發現樁基相鄰深度處的質量變化幅度較大，表示在某一深度存在類似蜂窩導致樁體發生界面變化的缺陷。且深度在2.4 m,5.0 m處具有類似蜂窩缺陷，深度在5.8 m,6.5 m以及13.5 m處存在微小缺陷。其次是聲速對比法，樁體本身的彈性模量直接影響著超聲波的傳播速度，此處檢測其平均波速為5.671 km/s，且在深度為2.4 m與5.0 m處變化幅度較大，利用概率法可以判定波速的臨界值，得出混凝土的材料密實度勉強符合要求。最后是波幅判斷方法，波幅直接反映了超神波在混凝土中的傳播衰減情況，此處的波幅平均值為94.1 dB，在深度5.0 m與6.5 m處存在波幅衰減問題，這表明在這兩處存在蜂窩等質量缺陷問題。

之后分析對比波速對比法、波幅分析法以及PSD判斷法的數據結果，便可以綜合判斷樁體的具體缺陷位置。

通過數據分析可以看出，此實例在樁身2.4 m,5.0 m以及6.5 m處存在缺陷問題，只有PSD方法檢測出在5.8 m與13.5 m處存在缺陷問題。且超聲波技術只可以判定缺陷的具體位置，無法確認樁身的缺陷類型。綜合分析發現，當波速判斷法、PSD分析法以及波幅判別法均顯示某深度處存在缺陷問題時，檢測結果具備較大的準確性。但若僅一項方法顯示缺陷，則應慎重判斷，必要時還應采用復測方法進一步證實。

5 結語

在混凝土結構的檢測過程中，超聲無損檢測技術得到了廣泛采用。樁基驗收工程在巖土工程中符合一般工程的標準，可以采用超聲波無損檢測技術，其大多利用波速對比方法，可以有效判別樁基的不足之處，找出其缺陷部位。但超聲波無損檢測技術可以找出位置無法判斷類型，因此，還應不斷完善此技術，以便為樁基工程提供更多的指導與幫助。