基于地質(zhì)工程勘察的超聲波測試技術(shù)研究

盧海軍

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊，湖南 婁底 417000）

超聲波測試在地質(zhì)勘察中的到廣泛的應(yīng)用，例如，在對地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征評價及強度分類，彈性力學(xué)、靜力學(xué)參數(shù)測定[1]。在我國地質(zhì)工程當中，基礎(chǔ)建設(shè)具有舉足輕重的作用，地質(zhì)工程的施工質(zhì)量不僅與人民的生命財產(chǎn)安全緊密相連，也影響著我國社會經(jīng)濟的平穩(wěn)發(fā)展。提高地質(zhì)工程質(zhì)量，控制地質(zhì)工程質(zhì)量需要依靠工程質(zhì)量檢測，因此在我國地質(zhì)工程施工工作中一直十分重視工程質(zhì)量的檢測工作，而超聲波技術(shù)在地質(zhì)工程檢測中屬于常用技術(shù)，尤其是在樁基礎(chǔ)檢測方面具有較高的應(yīng)用價值。

1 超聲法地質(zhì)檢測的基本原理

超聲波檢測是根據(jù)國家行業(yè)標準的有關(guān)規(guī)定進行的，其原理是：通過對由接收換能器接收超聲波在介質(zhì)傳播時遇到介質(zhì)產(chǎn)生的反射、透射、繞射等現(xiàn)象時的波的到時、波幅、頻率及波形特征的分析，對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、位置、范圍、完整性和缺陷程度進行判斷。當然首先，此種超聲波是采用人工方法在地質(zhì)當中的介質(zhì)所激發(fā)出的一定頻率的彈性波。

2 超聲波地質(zhì)檢測的基本方法

首先，在地質(zhì)基坑中埋入若干可作為超聲波發(fā)射以及接收換能器上下通道的聲測管，此聲管需要在地質(zhì)工程成孔之后埋入。對每個地質(zhì)檢測點的檢測，借助觀測的方式對聲波穿越樁身不同截面在介質(zhì)中傳播時的聲學(xué)參數(shù)、波形變化情況等進行分析。最后、通過對地質(zhì)這些檢測數(shù)據(jù)科學(xué)對其進行合理判斷，確定出地質(zhì)結(jié)構(gòu)所在的準確位置、缺陷程度以及缺陷范圍等，從而對基坑的樁身連接性以及完整性、均勻性情況做出合理推斷，判定樁身全完整性等級。需要注意聲波投射用于地質(zhì)介質(zhì)檢測主頻一般為2×104～2.5×105Hz。

3 超聲波地質(zhì)檢測操作基本流程

①將換能器安裝在扶正器聲測管當中，其功能是用于發(fā)射及信息的接收，并且要保證換能器在管中的升降自由。②保證超聲波儀器的正常，關(guān)注顯示器中的波幅對噪聲比進行判定，確認實際參數(shù)。③測點的聲測線間距應(yīng)不宜大于100mm，向上提升速度不可大于0.5m/s。④增加測點的測試次數(shù)，避免試驗時因異常情況的發(fā)生導(dǎo)致參數(shù)的不穩(wěn)定。⑤不可隨著對換能器的位置進行更改，并且要遵循自下而上的檢測原則。⑥在對不正常波形進行記錄時，要通過測評或者雙向斜側(cè)的方法實施加密測量。⑦采用多根聲學(xué)測試管對樁基礎(chǔ)進行質(zhì)量檢測，可以對樁基礎(chǔ)進行質(zhì)量檢測。⑧在對樁基檢測結(jié)束之后，還需按照抽檢量在總檢測量的10%～20%的規(guī)定對樁基進行隨機的2次測試。⑨在控制聲時的時候盡可能選擇標準差在5%以內(nèi)的，波幅差值在10%內(nèi)。⑩如若聲時、波幅出現(xiàn)異常，必需進行重復(fù)測試，將誤差降到最低。

4 超聲波檢測技術(shù)在地質(zhì)基礎(chǔ)中的應(yīng)用

在超聲波樁基檢測數(shù)據(jù)的采集和分析中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性判斷是通過重點采用波幅臨界值以及聲速值等進行特征結(jié)合。再一定的情況下，要綜合利用PSD值、聲速的離異系數(shù)，并結(jié)合相關(guān)資料的綜合性評判，判定出地質(zhì)工程的完整性類別，對于超聲波監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的主要步驟包括以下幾種：①聲速的平均值V；②聲速的標準差Sv；③聲速的變異系數(shù)Cv；④波幅測量取得的平均用Am；⑤地質(zhì)結(jié)構(gòu)的PSD數(shù)值。

5 超聲波檢測地質(zhì)工程的注意事項

第一、在對聲測管進行填埋時，報保持其相互對稱與平行，確保超聲探頭能夠在聲測管中可以自由游走；埋入的聲測管要與其中埋設(shè)的根數(shù)之間要保持緊密相連；在地質(zhì)工程施工當中，基坑的樁徑，在不超過800mm時，一般會設(shè)置2根；在聲測管不少于4根時，基坑徑在1600mm以上；而基坑徑在這兩者間時，一般使用3根；采用儀器檢測時，采用兩兩一組在進行檢測的對比，務(wù)必對每根聲測管都要進行檢測。第二、進行超聲波檢測是在地質(zhì)工程基坑完成后的28天以后，在對地質(zhì)基坑進行檢測之前，應(yīng)該先將基坑處的部分開挖、再進行除裝頭的工序。第三、聲測管要與鋼筋管的主筋進行捆綁，并嚴禁使用任何焊接方式，沿著樁每隔3m采用鉛絲綁扎一道，在采用鑄鐵管進行制作聲測管的管口的接頭地方和主鋼筋點進行焊接，并且要保障管頭焊接處的質(zhì)量。第四、超聲波檢測儀器主要由換能器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，檢測儀器符合鑒定有效期內(nèi)的技術(shù)性能要求，在進行地質(zhì)檢測前，要對既定的標準進行實驗分析，換能器要盡量選擇較大的，并確保換能器的精確度。

6 超聲波檢測檢測數(shù)據(jù)異常及處理

（1）管斜、管彎。在測試過程中，聲測管的彎曲和傾斜會影響測試結(jié)果，容易導(dǎo)致對缺陷的錯誤判斷或判斷失誤。

如圖1所示：直接從波形上觀察，感覺該地質(zhì)剖面在42m以下存在大范圍缺陷。但是，通過觀察PSD的變化以及聲速幅值曲線的變化，如圖1所示，我們發(fā)現(xiàn)PSD變化并不強烈，聲速幅值呈現(xiàn)逐漸變化的趨勢。判斷出測聲管是傾斜的，需要對傾斜的測聲管進行校正。

（2）地質(zhì)各剖面存在差異。在檢測過程中，有時會出現(xiàn)地質(zhì)的各剖面相差很大的情況。一般來說，某一地質(zhì)表面或多個表面與其他表面在整個灌注樁的波速和波幅上不太可能存在顯著差異。在這種情況下，仍然需要檢查檢測中的傳感器是否在同一深度。

圖1 存在大范圍缺陷的波形圖

7 結(jié)語

綜上所述，超聲波基坑檢測技術(shù)具有檢測全面、細致、操作簡便、檢測儀器結(jié)構(gòu)簡單，穿透能力強的優(yōu)點。超聲波樁基檢測技術(shù)不僅可以用在工程基樁基礎(chǔ)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的驗收、檢測，也可對超大尺寸的地質(zhì)工程基坑進行檢測，使得地質(zhì)工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部強度和質(zhì)量缺陷得到較好的檢測。