聲波透射法在混凝土灌注樁質量缺陷判定方面研究

(佛山市公路橋梁工程監測站有限公司　廣東　佛山　528000)

一、序言

聲波透射法通過超聲波在混凝土樁中的傳播，并接受反射波所攜帶的各種聲學參數，由此推斷出混凝土灌注樁的內部情況。目前國內關于聲波透射法的研究較多[1-3]，孟軍濤等結合具體工程實例驗證了聲波透射法用于混凝土灌注樁樁身質量判斷的準確性，并針對漏判、錯判的問題進行總結；余安等通過采用聲波透射法和低應變法相互印證的方式，說明了兩種方法的優劣性；林鳳蘭介紹了聲波透射法檢測地下連續墻的基本原理，通過實例分析對連續墻質量進行評判。

二、超聲波檢測基本原理

灌注樁在澆筑混凝土之前需根據樁徑大小預先埋設一定數量的聲測管，這將作為檢測儀器聲波發射和接收換能器的運行通道，當樁身混凝土強度達到一定強度等級時開始檢測工作，將聲波發射器與接收器沿樁縱向一定間距的勻速下放，獲得樁身各橫截面的聲學參數，然后對采集的聲學數據進行分析、處理最終判斷出樁身的質量問題，從而推斷樁身混凝土的連續性、完整性和均勻性狀況[4]，評定樁身完整性等級。

三、聲學參數與混凝土質量關系

(一)聲速。超聲脈沖波在混凝土中傳播速度的較快，這一特性與混凝土的密實度有較為直接的關系，聲速值越高說明混凝土的密實性越好，反之則密實性越差。當傳播過程遇見空洞、裂隙、不密實等情況時，超聲波的聲時必將增大，此時波速也將明顯下降。

(二)波幅。波幅代表了超聲波穿過混凝土后能量的衰減程度大小，聲幅強弱與混凝土的粘塑性有關，混凝土中存在破碎、夾泥、不密實等缺陷時，對于超聲波的吸收和散射作用將大大增加，此時的聲幅值將明顯下降。

(三)頻率。聲波脈沖是復頻波，各頻率成分穿過混凝土后的衰減程度不同，高頻波由于其繞射能力較弱比低頻部分衰減嚴重，這就導致接收信號的主頻率向低頻端漂移。

四、工程實例

(一)實例1

某大橋加固工程水下樁，樁號24-2，樁長57.3m，樁徑1.8m的灌注樁，其中支承類型為嵌巖樁，混凝土設計等級為C30，樁內設置4根聲測管，采用聲波透射法對其進行檢查，檢測結果顯示距樁頂1.3m—3m的范圍內聲速及聲幅值明顯偏小，且PSD偏離較大，綜合判定該范圍內存在缺陷如下圖1所示。

圖1　樁42-2剖面AB、BC、AC數據曲線

針對以上超聲波檢測結果，初步判斷該試驗樁存在缺陷，因此立即組織人員進行抽芯驗證。抽芯結果顯示綜合四孔，所鉆孔段樁身局部芯樣見輕度蜂窩溝槽、孔洞，其中1#孔在孔深(8.10～8.65)m見嚴重蜂窩溝槽，2#孔在孔深(3.00～3.52)m芯樣粗骨料少，(3.52～3.85)m芯樣表面夾泥，其余芯樣連續、完整，膠結緊密，骨料分布均勻，芯樣呈長、短柱狀、斷口吻合，見圖2所示。

圖2　樁24-2芯樣照片

(二)實例2

某特大橋水泥混凝土灌注樁，樁號Pmy7-1，樁長44.65m，樁徑1.6m灌注樁，其中支承類型為嵌巖樁，混凝土設計等級為C30，在樁內設置4根聲測管，采用聲波透射法對其進行檢查，檢測結果顯示距樁頂17.5m處內聲速及聲幅值明顯偏小，且PSD偏離較大，綜合判定該范圍內存在缺陷，如下圖3所示。

圖3　樁42-2剖面AB、BC、AC數據曲線

針對以上超聲波檢測結果，初步判斷該試驗樁存在缺陷，因此立即組織人員進行抽芯驗證。抽芯結果顯示綜合二孔，其中1#孔在孔深(14.84～15.89)m芯樣粗骨料較少，膠結較差，2#孔在孔深(15.04～15.60)m芯樣粗骨料較少，其余砼芯連續、完整，砼膠結緊密，芯樣骨料分布均勻，芯樣呈長、短柱狀、斷口吻合。見圖4所示。

圖4　樁Pmy7-1芯樣照片

五、結論

聲波透射法用于混凝土灌注樁的質量檢測具有高效直觀的特點，根據現場波形圖像可大致確定缺陷的范圍，為工程快速的普查提供有效方法。

對于工程基樁質量的判定應結合多種檢測方法共同確定，避免單一方法的錯判和漏判的情況，由此對于工程技術人員的綜合技術能力也提出了較高的要求。