超聲波無損檢測在混凝土灌注樁中的應用

林海清

（廈門合誠工程檢測有限公司， 福建 廈門 361000）

0 引言

在社會的不斷發展過程中，我國橋梁建筑工程項目也越來越多。而混凝土灌注樁則是其中最重要的一部分，該部分的結構強度對整個工程質量有著決定性的影響。因此，為了保障建筑工程質量，提高人民居住、通行的安全性，相關建設單位在混凝土樁澆筑后需要對其進行嚴格的檢測，避免樁基出現問題影響建筑的結構安全。而超聲波檢測技術由于其優異的性能，現如今被廣泛地應用于混凝土樁的檢測當中，并且取得了良好的成績。

1 超聲波檢測技術

現如今，混凝土灌注樁檢測工作是建筑工程項目施工當中最為重要的環節之一，在該環節常用到的檢測技術包括有低應變檢測技術、高應變檢測技術、超聲波檢測技術和靜載荷檢測技術、鉆芯法檢測技術等。而超聲波技術由于其操作簡單、成本低、檢測速度快、準確度較高，是如今最受建筑工程行業歡迎的一種混凝土灌注樁檢測技術。在利用超聲波檢測技術對混凝土灌注樁進行檢測時，檢測裝置發出超聲波脈沖信號，使其在介質當中傳播，從而產生機械振動，在機械振動“碰壁”時會返回到接收探頭，而后轉化為電磁信號，傳回的電磁信號在水介質當中放大，而后通過中心系統的分析整合以波形圖的形式展現在檢測屏幕上。檢測人員能夠通過屏幕上曲線的變化情況分析出混凝土灌注樁當中的結構的致密性和缺陷。超聲波檢測技術的應用主要是利用超聲波的傳播特點，利用混凝土作為傳播介質，使其在混凝土當中傳播，如果在傳播的過程中出現聲學參數異常，便能夠根據異常的程度判斷出混凝土灌注樁身存在的缺陷位置及大小。

2 超聲波檢測技術的原理與重要性

2.1 超聲波檢測技術原理

在建筑工程當中利用超聲波檢測技術對混凝土灌注樁進行檢測時，主要是基于超聲波在介質當中傳播的原理而進行檢測的。其原理是將超聲脈沖發射源向混凝土內發射高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統記錄該脈沖波在混凝土內傳播過程中表現的波動特性。當混凝土內存在不連續或破損界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明顯降低；當混凝土內存在松散、蜂窩、孔洞等嚴重缺陷時，將產生波的散射和繞射；根據波的初至到達時間和波的能量衰減特性、頻率變化及波形畸變程度等特征，可以獲得測區范圍內混凝土的密實度參數。測試記錄不同側面、不同高度上的超聲波特征，經過處理分析就能判別測區內混凝土存在缺陷的性質、大小及空間位置。

2.2 超聲波檢測技術的重要性

在橋梁建筑工程項目當中，混凝土灌注樁是保障建筑工程質量最為關鍵的部分，它對于建筑質量有著直接影響。如何提高混凝土灌注樁質量，保障其結構穩定性對于建筑工程施工建設安全性保障有著重要的意義。一般情況下，建筑工程施工周期長、覆蓋范圍廣，容易受到外界因素的影響，再加上混凝土灌注樁均為隱蔽工程，因此在實際的澆筑過程中容易出現各種缺陷，從而影響混凝土樁的結構穩定性。相比較其他建筑結構部分，混凝土灌注樁的檢測更為重要。隨著超聲波檢測技術的出現，在對存在缺陷的混凝土灌注樁的檢測中，能夠更精確地定位出缺陷位置，并進一步判斷導致缺陷出現的原因。同時在檢測的過程中效率也得到了保證，相比較傳統的檢測技術，不難發現，超聲波檢測技術對于整個工程檢測的效率有了極大的提升。

3 影響超聲波對混凝土灌注樁檢測的相關因素

3.1 混凝土灌注樁缺陷對超聲波波幅的影響

在混凝土灌注樁施工當中，夾泥、蜂窩是混凝土灌注樁施工當中常見的質量缺陷，該種缺陷會一定程度地吸收或散射超聲波，進而使超聲波波幅減小。因此，在利用超聲波檢測技術對混凝土灌注樁進行無損檢測過程中，應當取首次發送的超聲波波幅為基準波幅，以此為基準來對后續接收超聲波波幅進行分析判斷。這樣一來才能保證混凝土灌注樁在實際檢測過程中的準確性。

3.2 混凝土灌注樁缺陷對超聲波波速的影響

樁基混凝土離析、空洞是混凝土灌注樁中常見的質量缺陷。在超聲波的傳播過程中，聲波在空洞和裂縫處反射系數較大。因此，在混凝土灌注樁的缺陷處超聲波無法進行快速傳播，其只能通過缺陷的邊緣進行傳輸，此種情況下超聲波的傳輸路徑便有一定的加長。因此，在對有離析、空洞缺陷混凝土灌注樁進行超聲波無損檢測過程中，聲波通過此種缺陷所需的傳播時間相較于正?；炷凉嘧兜膫鞑r間更長。

3.3 混凝土灌注樁缺陷對超聲波波形的影響

在樁基無損檢測當中，如果對具有缺陷的混凝土灌注樁進行超聲波檢測時，缺陷部分會使超聲波產生反射、折射、繞射等，使超聲波的接收換能器收到的量能明顯衰減，影響超聲波的波形，導致波形產生畸變。

4 混凝土灌注樁常見缺陷

混凝土灌注樁是橋梁建筑工程施工項目當中最為基礎的一部分，該部分也是建筑結構物當中重要的組成部分。在混凝土灌注樁施工過程中加強先進技術的利用，有助于提高整體建筑結構的穩定性，而對混凝土灌注樁進行科學的檢測有利于提高混凝土灌注樁的結構質量安全。如今在社會的不斷發展過程中，混凝土樁檢測技術已被廣泛地應用于建筑工程樁基質量控制當中，據目前我國橋梁建筑工程在混凝土灌注樁方面常見的質量問題主要有以下幾點：（1）混凝土灌注樁樁徑縮小，不滿足建筑工程要求；（2）混凝土灌注樁出現沉渣現象；（3）混凝土材料配比不當或攪拌不均勻，出現材料離析、骨料懸浮問題；（4）混凝土灌注樁出現斷裂現象。因此，建設單位在實際施工過程中，想要提高混凝土樁的結構強度和質量，避免其對建筑整體的安全性和穩定性造成影響，相關施工單位不僅要加強對施工過程中混凝土樁施工技術的監控，還要在混凝土樁施工完成后對其進行檢測，如此才能保障整體建筑的安全性和可靠性。

5 超聲波檢測技術的運用

5.1 超聲波檢測設備

5.1.1 超聲波檢測儀

超聲波檢測儀是超聲波無損檢測技術當中最為關鍵的設備之一，該設備的主要功能是發射和接收電脈沖信號。在信號接收后，超聲波檢測儀控制系統能夠對電脈沖信號進行整理轉換，形成波形圖投放在屏幕上，用戶能夠通過波形圖對所測基樁質量進行分析。

5.1.2 換能器

在利用超聲波檢測技術對混凝土灌注樁進行檢測時，想要發射超聲波首先需要將電信號轉變為超聲波信號，而此種轉化便需要有換能器的介入。電信號通過換能器的轉換變為超聲波信號發射到混凝土灌注樁當中，之后在其內部形成多種反射，被超聲波檢測儀接收后通過換能器的轉化變為電信號。

5.1.3 聲測管

在換能器的實際工作當中，聲測管是其中最為關鍵的一部分，該部分能夠為換能器創造有利的條件。比如，在垂直方向上布置多根金屬管，具體數量還取決于樁身的直徑。實際上，需要將換能器置入清水中，而且換能器還需在聲測管中自由移動，這樣一來，就可以檢測出樁身的質量。

5.2 超聲波無損檢測在混凝土灌注樁中的應用

5.2.1 嚴格按照設計標準制作聲測管

在利用超聲波無損檢測技術對混凝土灌注樁進行檢測的過程中，聲測管是其中最為關鍵的一部分。在聲測管的制作當中，一般采用鑄鐵管為原材料，管壁厚、接口焊接質量等均應該按照相關設計標準來控制檢查。在聲測管的安裝過程中，應當利用鉛絲將其綁扎在樁基鋼筋籠主筋上，綁扎聲測管在樁長方向間隔應當控制在3m 左右，在主筋與聲測管接頭部分應當采用套管焊接的方式連接。

5.2.2 樁身檢測

在對樁身進行檢測的過程中，測點間距應當在100～250mm 以內。在檢測過程中如果發現混凝土樁身某個位置的超聲波特性出現顯著變化，應當在此區域增加檢測點，進行二次檢測，以此來保障混凝土灌注樁檢測結果的準確性。在檢測過程中，用于發射的換能器與接收的換能器基于樁身的高度要具有一致性，以避免換能器高度差影響檢測結果的準確性。在對混凝土樁基檢測過程中，一般在樁基當中設置多根聲測管進行檢測。因此，檢測人員應當對檢測管進行合理劃分，以組別的形式來對樁基進行檢測。在實際的檢測過程中，一般是按照自聲測管下部位置朝上實施檢測的方法，而檢測人員對各個測點內超聲波的實際傳播時間、聲波頻率、波幅等參數進行密切觀測，要及時記錄出現的異常數據，之后在該點處增加測點進行二次檢測，靈活應用平測、斜測、雙向斜測、扇形掃測等檢測方法，以此來提高檢測結果的準確性。

5.2.3 合理設置聲測管

在聲測管的安裝設置過程中，相關檢測人員應當采用平行對稱的方式進行埋設，以保證超聲波探頭能夠在聲測管當中自由伸縮。除此之外，聲測管安裝數量選取應當按照混凝土樁基直徑進行確定，不同行業對于聲測管預埋數量有不同要求，如《公路工程基樁檢測技術規程》（JTG/T 3512-2020）聲測管預埋數量要求：樁徑＜1000mm 時，應埋設2 根管；當樁徑≥1000mm 且≤1600mm 時，應埋設3 根管；當樁徑＞1600mm 且＜2500mm 時，應埋設4 根管；當樁徑≥2500mm 時，應增加聲測管的數量。在施工過程中應當根據建筑工程的實際情況在滿足規范規定的前提下科學地布置聲測管。

5.2.4 注意事項

在對混凝土灌注樁進行超聲波無損檢測的過程中，需要加大對以下幾點的關注，以此來提高檢測結果的準確性。

（1）在埋設超聲波聲測管時，應當保證每一根聲測管都保持平行、圍繞樁身對稱，并且超聲波探頭能夠在聲測管上下通暢活動，以保證能夠檢測到完整的樁身。

（2）在建筑工程混凝土灌注樁澆筑、養護完成后，樁基已經具備一定的強度，達到規定的齡期后，即可對混凝土樁基進行檢測。檢測前，需要將樁身鑿除到設計樁頂標高后進行檢測。在鑿除過程中，要保護好樁身內部的聲測管，避免渣滓落入聲測管內部，導致超聲波探頭在聲測管內不能靈活上下，影響檢測質量。

（3）對超聲波的檢測儀所采集獲取波形的聲時參數進行分析中，相關人員需要針對各聲波的頻率分量具體波形的幅度實施分析，查找出首波位置，特別是對同一樁身截面聲時參數明顯異常的數據點要重點關注分析，相關人員還要把儀器故障及采集漏波對檢測的精度影響進行考慮，避免由于設備和采集原因導致錯判和漏判，保證基樁檢測的精度與可靠度。

6 超聲波檢測技術的局限性

一般情況下，利用超聲波無損檢測技術能夠有效地檢測出混凝土灌注樁當中的結構質量缺陷。但針對混凝土灌注樁的實際檢測而言，檢測結果僅能表現出兩根聲測管之間混凝土的結構，但是對于樁基底部的沉渣和樁底持力層情況無法進行進一步的檢測。因此，超聲波檢測技術在混凝土灌注樁檢測當中存在一定的局限性，在實際應用過程中只能應用于檢測樁基部分混凝土的結構質量。如果對嵌巖樁等進行檢測時，需要結合低應變反射檢測技術對樁底進行檢測，之后根據實際檢測的數據來對混凝土灌注樁的結果進行綜合分析，在一定程度上就彌補了超聲波檢測技術的局限性，能夠更精確地判斷其是否符合設計要求。

7 結束語

實踐證明，采用超聲波透射法對混凝土灌注樁進行檢測，利用波速、波幅、PSD 與基樁缺陷類型之間的關系判定樁身完整性能，及時發現混凝土灌注樁的缺陷，避免樁基缺陷引起沉降，發生結構變形、坍塌等安全隱患。超聲波檢測混凝土灌注樁技術的應用，保障了橋梁建筑工程的結構安全及耐久性，為我國的建筑安全保駕護航。