超聲波法檢測灌注樁缺陷的探討

靳亞青 劉寧

【摘要】超聲波法檢測主要是借助聲測管為傳播通道，將相關(guān)儀器的探頭直接深入灌注樁本身內(nèi)部進(jìn)行探測。從而利用超聲波法對灌注樁是否存在缺陷進(jìn)行判斷，超聲波檢測法相對于其他低應(yīng)變動(dòng)力法要實(shí)用可靠一些。特別是當(dāng)灌注樁自身具有多種不同缺陷時(shí)，可以彌補(bǔ)低應(yīng)變動(dòng)力檢測方法無法探測下層缺陷的誤判和漏判現(xiàn)象。因此，本文主要對超聲波法檢測灌注樁缺陷進(jìn)行詳細(xì)闡述說明，為灌注樁缺陷檢測提供一些建議。

【關(guān)鍵詞】超聲波法；檢測技術(shù)；灌注樁；缺陷探討

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，從而使得樁基礎(chǔ)被社會(huì)大眾所認(rèn)可，并且得到廣泛應(yīng)用。因此，超聲波檢測技術(shù)也隨之得到推廣，并且針對超聲波檢測技術(shù)，我國相關(guān)部門還為此制定一系列相關(guān)的規(guī)章制度，促使超聲波檢測技術(shù)在建設(shè)工程中得到廣泛應(yīng)用和普及。在實(shí)際工程中，如何實(shí)踐規(guī)范的超聲檢測技術(shù)、如何根據(jù)所獲得的信號類別進(jìn)行缺陷判斷等都需要相關(guān)的專業(yè)知識，以及豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。從而對灌注樁是否存有缺陷做出判定，保證灌注樁的質(zhì)量，為工程質(zhì)量驗(yàn)收工作提供相應(yīng)的技術(shù)參考，以及后續(xù)工程檢測工作提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

1、超聲波法檢測技術(shù)的原理

對灌注樁進(jìn)行超聲波檢測工作時(shí)，首先要做的工作是在被測灌注樁內(nèi)事先埋置若干根豎向且彼此之間處于平行狀態(tài)的聲測管，利用聲測管作為超聲波法檢測的有利傳播通道，將超聲脈沖發(fā)射換能器以及接收換能器合理安置在聲測管的內(nèi)部之中，然后向聲測管內(nèi)部注入清水，直至注滿為止，然后打開聲脈沖發(fā)射器等相關(guān)儀器，讓其發(fā)射超聲脈沖，使其穿過待測的灌注樁自身，最后由接收換能器進(jìn)行接收傳播信號，并且收集信號相關(guān)數(shù)據(jù)，并依據(jù)接收信號判讀出超聲波在穿過灌注樁時(shí)的聲時(shí)值、接收波的波幅等相關(guān)的參考數(shù)據(jù)值。超聲波脈沖信號在灌注樁內(nèi)部傳播的過程中，因超聲波發(fā)生繞射、折射以及不同的吸收縮減，導(dǎo)致接收信號在灌注樁內(nèi)部傳播的時(shí)間、振動(dòng)幅度以及主頻等發(fā)生本質(zhì)上的變化，從而促使接收信號自身攜帶灌注樁實(shí)際缺陷情況、完整程度等相關(guān)信息。

超聲波在灌注樁內(nèi)部進(jìn)行傳播時(shí)，一旦遇到灌注樁質(zhì)量有缺陷的情況時(shí)，比如離析、夾泥等缺陷狀況，聲波將會(huì)出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，部分超聲波也會(huì)繞過灌注樁缺陷進(jìn)行繼續(xù)傳播，從而使得超聲波傳播的時(shí)間大大增加，波速相對減少，從而產(chǎn)生慢射的現(xiàn)象，當(dāng)超聲波遇到有空洞的灌注樁空氣界面時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生反射或者是散射的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致波幅減少；由于灌注樁缺陷致使外層混凝土保護(hù)層不連續(xù)，致使超聲波傳播路徑迂回復(fù)雜，引起波形發(fā)生畸變。由此可見，超聲波在有缺陷的灌注樁內(nèi)部進(jìn)行傳播時(shí)，波幅會(huì)不斷減小，聲時(shí)值加大，以及波形發(fā)生畸變。合理利用相關(guān)儀器和數(shù)據(jù)處理軟件以及判斷分析軟件等，對接收信號的各種參數(shù)值進(jìn)行全面綜合的數(shù)據(jù)分析，就可以對灌注樁自身的完整性、內(nèi)部是否有缺陷性質(zhì)以及位置等做出相應(yīng)的合理判斷，從而完成超聲波檢測工作，保證灌注樁的質(zhì)量以及安全性。

2、以PSD值和聲時(shí)臨界值以及波幅波形綜合判斷

在灌注樁實(shí)施超聲波檢測過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)灌注樁在檢測時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，可換成另一種檢測方法則顯示灌注樁質(zhì)量有缺陷的現(xiàn)象。也就是說用低應(yīng)變動(dòng)力對灌注樁進(jìn)行缺陷檢測時(shí)，則顯示灌注樁樁身質(zhì)量完好，并未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，但是使用超聲波法再次對灌注樁進(jìn)行缺陷檢測時(shí)，就發(fā)現(xiàn)灌注樁本身內(nèi)部存在一些輕度的缺陷，很難被察覺發(fā)現(xiàn)。造成這一現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)槁暅y管之間在埋置時(shí)沒有達(dá)到平行狀態(tài)以及灌注樁樁身均勻性比較差，沒有符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，造成超聲波傳播過程中的聲時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差和聲時(shí)標(biāo)準(zhǔn)離差系數(shù)出現(xiàn)偏差。下面以河南省某大橋的四號墩和二號墩灌注樁進(jìn)行檢測說明：

（1）當(dāng)聲測管處于平行狀態(tài)情況下，按照河南省交通廳質(zhì)監(jiān)站的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，某大橋的四號墩和二號墩灌注樁的完整性皆可被評為B類樁。

（2）當(dāng)聲測管預(yù)埋位置沒有達(dá)到平行狀態(tài)時(shí)，造成聲測管無法發(fā)平行的原因大部分是灌注樁內(nèi)部鋼筋發(fā)生扭曲，致使聲測管發(fā)生位移，甚至位置距離移動(dòng)比較大，最終導(dǎo)致聲時(shí)值出現(xiàn)誤差偏離。同時(shí)，由于鉆孔灌注樁自身具有獨(dú)特的施工特點(diǎn)，砼的均勻性比較差，最終造成超聲聲時(shí)值相對比較離散。但是，PSD值測量方法與其則大不相同，它可以最大化發(fā)揮自身的潛力優(yōu)勢，將非缺陷因素造成的一些誤判現(xiàn)象扼殺在搖籃里。相關(guān)人員認(rèn)為灌注樁的PSD值保持正常的情況下，聲時(shí)值則會(huì)隨著灌注樁的深度增加而呈現(xiàn)出具有一定規(guī)律性的遞減，在超聲波傳播速度正常，波形無明顯畸變的情況下，仍然出現(xiàn)聲時(shí)標(biāo)準(zhǔn)離差比較大的現(xiàn)象時(shí)，大部分原因可能是由兩根聲測管在埋管施工時(shí)沒有達(dá)到平行，而且砼的均勻性沒有達(dá)到所需的標(biāo)準(zhǔn)要求所造成的結(jié)果。由此可見，灌注樁本身的完整性是滿足超聲波檢測工作順利進(jìn)行的實(shí)際需求標(biāo)準(zhǔn)。

3、聲測管應(yīng)平行并一直埋置至樁底

灌注樁工程在施工作業(yè)過程中，為了保證鋼筋籠底部保護(hù)層符合施工要求的厚度，相關(guān)參與施工人員往往會(huì)將鋼筋籠懸掛起來，確保其離灌注樁樁底五厘米左右，而聲測管必須是提前捆綁并且固定在鋼筋籠內(nèi)部。如果聲測管底部與鋼筋籠底部同時(shí)處在同一平面之上，會(huì)對鋼筋籠底部以下砼質(zhì)量檢測工作帶來一定影響，增加工作難度。而鋼筋籠底部以下區(qū)域的質(zhì)量是否符合檢測標(biāo)準(zhǔn)，直接反映灌注樁底部砼質(zhì)量好壞以及灌注樁樁底沉渣的實(shí)際情況。目前，相關(guān)部門對灌注樁底部檢測工作以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中增添了一些新的要求，例如：端承樁樁底沉渣不可以超過5厘米，一旦灌注樁樁底出現(xiàn)5厘米測試的盲區(qū)，極有可能導(dǎo)致超聲波法檢測數(shù)據(jù)結(jié)果存在誤差，無法對灌注樁底部的沉渣情況進(jìn)行有效準(zhǔn)確的判定，因此，為了盡可能減少灌注樁的檢測盲區(qū)，從而提高超聲波對灌注樁檢測質(zhì)量結(jié)果的精準(zhǔn)度，所以要求相關(guān)施工單位在聲測管施工過程中，一定要保證聲測管可預(yù)埋位置至灌注樁的樁底，并且與之處于平行的狀態(tài)。

4、建議用常規(guī)對測法檢測、斜側(cè)法進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)證

在項(xiàng)目工程超聲波檢測實(shí)踐過程中，曾出現(xiàn)采用超聲波常規(guī)對測法對某灌注樁進(jìn)行檢測時(shí)，但是并未發(fā)現(xiàn)測點(diǎn)的測值和波形出現(xiàn)異常，可是在檢測過后再次采用鉆芯法進(jìn)行檢測時(shí)，卻在該灌注樁距離頂端一米三到一米四的距離范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的離析缺陷現(xiàn)象。對于這種現(xiàn)象，相關(guān)工作人員進(jìn)行實(shí)地考察以及結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)手段等進(jìn)行綜合分析得出，灌注樁在這個(gè)部位出現(xiàn)離析缺陷的主要原因是這個(gè)部位與對測線剛好處于錯(cuò)開狀態(tài)，常規(guī)的對測法檢測對其無法進(jìn)行檢測工作，導(dǎo)致灌注樁出現(xiàn)漏判現(xiàn)象。如果采用常規(guī)對測法對灌注樁進(jìn)行檢測之后，在條件允許的情況下，可以再次采用斜側(cè)法對灌注樁檢測結(jié)果進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)證，也就是說將發(fā)送換能器與接收換能器錯(cuò)開一定的距離，再次對灌注樁進(jìn)行檢測實(shí)踐工作，獲得所需的斜側(cè)線中的測值和波形的相關(guān)信息，并依據(jù)信息判斷灌注樁是否存在缺陷，如若有缺陷，可結(jié)合對測法判斷出灌注樁缺陷的大致位置。

5、結(jié)合《動(dòng)力檢測規(guī)程》綜合分析缺陷因素

目前，聲幅作為灌注樁缺陷檢測工作中最敏感的一項(xiàng)聲學(xué)參數(shù)，通常用分貝值形式來表示。而在工程超聲波檢測實(shí)踐的過程中，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)灌注樁本身內(nèi)部存在一些微小的缺陷，雖然這些缺陷并未對聲時(shí)、波速以及強(qiáng)度產(chǎn)生影響，但卻對聲幅產(chǎn)生一定影響，特別是在聲幅值衰減方面表現(xiàn)的最為顯著。在實(shí)際施工過程中，比如灌注樁施工作業(yè)時(shí)，其在水泥攪拌環(huán)節(jié)尤為重要，特別是水泥在攪拌過程中是否攪拌均勻，達(dá)到工程施工要求。如果水泥攪拌不均勻，最終會(huì)導(dǎo)致灌注樁自身內(nèi)部出現(xiàn)一些微小的缺陷，比如細(xì)微的裂縫等。基于此，所獲得的聲幅變化常常會(huì)超出聲幅臨界值，但若是僅僅因?yàn)檫@一點(diǎn)就判定該灌注樁存在缺陷，會(huì)顯得比較牽強(qiáng)，沒有任何的說服力度。因此，在對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析時(shí)，要將聲時(shí)值和聲幅值二者之間有機(jī)的結(jié)合在一起，之后再進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。如果可以將聲時(shí)值和聲幅值進(jìn)行加權(quán)組合，那么就可以形成一個(gè)新的參數(shù)值，以此來評價(jià)砼質(zhì)量。而這樣的檢測結(jié)果相對于兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)值來評價(jià)要全面一些。

結(jié)束語：

綜上所述，通過對灌注樁超聲波檢測實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，PSD判別法與其他檢測技術(shù)大不相同，它本身存在一些其他檢測方法沒有的優(yōu)勢，而近年來PSD判別法早已成為我國灌注樁質(zhì)量超聲波法檢測的重要分析方法之一。故而，我國大力提倡灌注樁進(jìn)行缺陷檢測判斷時(shí)，可以將PSD值和聲時(shí)值以及波形畸變程度作為主要檢測方法，波幅臨界值作為輔助數(shù)據(jù)協(xié)助其進(jìn)行綜合分析。另外，在使用常規(guī)對測法對灌注樁進(jìn)行缺陷檢測時(shí)，還需要使用斜側(cè)法對灌注樁進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)證，以便做出更全面、更準(zhǔn)確的判斷，從而保證灌注樁的質(zhì)量。

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（本文作者單位為鄭州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，河南鄭州，450000）