聲波透射法對(duì)混凝土灌注樁完整性檢測(cè)的探討

胡能堅(jiān)

（廣州市番禺區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，廣東廣州 511400）

0 引言

本文通過對(duì)聲波透射法在混凝土灌注樁完整性檢測(cè)的應(yīng)用與分析，總結(jié)聲波透射法檢測(cè)基樁的必要性和檢測(cè)原理，并提出聲波檢測(cè)的工程實(shí)例，并且采用基樁鉆芯法進(jìn)行鉆芯驗(yàn)證，更能體現(xiàn)聲波透射法檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。我們從以下幾個(gè)方面對(duì)聲波透射法進(jìn)行探討。

1 聲波透射法的相關(guān)內(nèi)容

1.1 基本理論的概述

聲波透射法檢測(cè)混凝土灌注樁完整性的基本理論可概述為通過由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)部激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播中表現(xiàn)的波動(dòng)特性；當(dāng)混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)產(chǎn)生透射和反射，使接收到的透射波能量明顯降低；當(dāng)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在夾泥、松散、蜂窩、孔洞等缺陷時(shí)，超聲波將產(chǎn)生散射和繞射；根據(jù)聲波的初始到達(dá)時(shí)間與聲波的能量衰減情況、頻率變化及波形畸變程度等特性，可得到測(cè)試區(qū)域范圍內(nèi)的混凝土的完整性參數(shù)。測(cè)試記錄不同剖面、不同高度上的超聲波動(dòng)特征，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析就能判別檢測(cè)區(qū)混凝土內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、空間及位置的大小。而檢測(cè)過程中通過換能器由樁底同時(shí)往上依次檢測(cè)，能夠遍及該檢測(cè)樁的各個(gè)截面。具體的檢測(cè)示意圖如圖1 所示。

1.2 聲波透射法的預(yù)埋聲測(cè)管要求及應(yīng)用分析

1.2.1 預(yù)埋聲測(cè)管的要求

聲波透射法檢測(cè)前要求受檢的混凝土灌注樁內(nèi)需要提前預(yù)埋相應(yīng)直徑所對(duì)應(yīng)數(shù)量的聲測(cè)管，并且按等邊三角形或正方形進(jìn)行預(yù)埋聲測(cè)管。

1.2.2 應(yīng)用分析

圖1 聲波透射法檢測(cè)

聲波透射法檢測(cè)對(duì)場(chǎng)地的要求相對(duì)不是很高，而且檢測(cè)的操作也比較簡(jiǎn)單，檢測(cè)的進(jìn)度也相對(duì)較快，使工程的進(jìn)度可以得到保證，同時(shí)聲波透射法可以檢測(cè)出樁的實(shí)際長(zhǎng)度，對(duì)樁身有可能出現(xiàn)的混凝土夾泥、蜂窩溝槽和離析等明顯缺陷的檢測(cè)結(jié)果比較直觀可靠，但聲波透射法也同樣有缺點(diǎn)的，主要是施工現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性容易導(dǎo)致聲測(cè)管的保護(hù)措施不到位，容易造成聲測(cè)管出現(xiàn)堵管、彎管或者斜管等情況，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集造成一定的影響或數(shù)據(jù)的異常情況。

2 聲測(cè)數(shù)據(jù)的判定

2.1 波形的判定

波形是判定完整性的重要指標(biāo)之一，可以比較直觀地反映混凝土灌注樁存在缺陷的一個(gè)信號(hào)。超聲波在混凝土傳播過程中遇到混凝土缺陷界面時(shí)，混凝土內(nèi)部也存在各種不同的阻抗界面，因此超聲波在這幾種不同的界面上形成反射和折射等各種聲學(xué)現(xiàn)象，超聲波經(jīng)過反射和折射后，在混凝土中的傳播路徑不同，接收換能器接收到聲速的時(shí)間就會(huì)不同，使通過接收換能器的波形會(huì)有很多的相同相位或都不同相位的組合波，這樣波形很容易出現(xiàn)畸形，所以聲波波形的畸變?cè)谀撤N情況下能夠用作辨別混凝土灌注樁是否存在缺陷的一個(gè)參考數(shù)據(jù)。同時(shí)波形的正常與否跟聲速、波幅是否異常有關(guān)，假如聲速值、波幅值異常，波形也會(huì)出現(xiàn)異常，波形異常也會(huì)伴隨聲速值和波幅值的異常。

2.2 波速的判定

聲波波速的大小與混凝土的彈性性質(zhì)相關(guān)，也與混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、混合比、骨料等性質(zhì)有關(guān)，并且波速的大小與混凝土的強(qiáng)度的高低有一定的相關(guān)，是判定混凝土質(zhì)量的主要參數(shù)。若材料相同特質(zhì)相同的情況下，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)越致密，孔隙率很低，這樣得到的聲波波速就會(huì)越高，相反，當(dāng)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷特征，超聲波通過這些缺陷位置時(shí)，造成傳播的速度比較慢，這樣會(huì)造成聲時(shí)傳播時(shí)間延長(zhǎng)，聲波波速降低，所以如果當(dāng)混凝土樁身的某一位置波速變化幅度較大且低于概率法所計(jì)算出的臨界值時(shí)，則可以判定該位置處的混凝土存在缺陷或質(zhì)量的問題。

2.3 波幅的判定

聲波波幅通常情況下指的是首波的波幅，就是在第一個(gè)周期波的前半波的波幅值。超聲波的強(qiáng)弱在某一程度上可以通過由波幅值的大小所反映該超聲波在混凝土內(nèi)部傳播過程中衰減情況所表示。超聲波假如在混凝土內(nèi)部的傳播過程中衰減得越多，則所得到的接收波的波幅就會(huì)越低，而假如聲波通過混凝土內(nèi)部所存在的低強(qiáng)區(qū)或離析區(qū)等情況時(shí)，或混凝土質(zhì)量存在缺陷時(shí)，混凝土對(duì)超聲波的能量吸收就越多，超聲波能量衰減就越大，導(dǎo)致接收波波幅越小，所以當(dāng)樁身混凝土為完整時(shí)，聲波波幅就沒有明顯的衰減情況。所以聲波波幅對(duì)混凝土內(nèi)部的缺陷情況會(huì)表現(xiàn)出非常的敏感，能夠作為判斷混凝土完整性的一個(gè)重要參數(shù)。

3 工程案例分析

工程實(shí)例：廣州市番禺區(qū)某一建設(shè)工程項(xiàng)目，樁基礎(chǔ)采用混凝土灌注樁，以聲波透射法所檢測(cè)的132#樁為例，該檢測(cè)樁的聲波波速、聲波波幅、PSD 分別與深度的剖面圖測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 132#樁的聲速—深度、聲幅—深度與PSD—深度的測(cè)試結(jié)果

（1）從圖2 的A-B 剖面聲測(cè)波形圖表明：該樁在A-B 管的32.4～32.7m 位置處聲速、波幅以及波形明顯異常。其中，最異常點(diǎn)在32.5m 位置處，聲速值為3.904km/s，與平均值相比，降低了6%；波幅值為81.4dB，與平均值相比，降低了19%。

（2）從圖2 的A-C 剖面聲測(cè)波形圖表明：該樁在A-C 管的32.3～32.8m 位置處聲速、波幅以及波形明顯異常。其中，最異常點(diǎn)在32.4m 位置處，聲速值為3.527km/s，與平均值相比，降低了11%；波幅值為83.9dB，與平均值相比，降低了17%。

（3）從圖2 的B-C 剖面聲測(cè)波形圖表明：該樁在B-C 管的32.2～32.8m 位置處聲速、波幅以及波形明顯異常。其中，最異常點(diǎn)在32.5m 位置處，聲速值為2.290km/s，與平均值相比，降低了46%；波幅值為79.8dB，與平均值相比，降低了21%。

通過對(duì)以上三個(gè)檢測(cè)剖面的測(cè)試數(shù)據(jù)分析，我們可以得到該132#樁在32.2～33.5m 位置處的波速、波幅和波形均出現(xiàn)明顯的異常，而32.4～32.5m 位置處的波速值、波幅值及波形都是最異常的，為了確定該異常位置的缺陷情況，我們采用基樁鉆芯法進(jìn)行檢測(cè)，并且根據(jù)鉆芯法檢測(cè)的結(jié)果，可以作為對(duì)聲波透射法檢測(cè)結(jié)果的一個(gè)驗(yàn)證檢測(cè)手段。

根據(jù)圖2 的測(cè)試結(jié)果，選取132#樁缺陷特征比較明顯的B管和C 管中間的位置進(jìn)行鉆芯驗(yàn)證檢測(cè)，對(duì)該位置進(jìn)行鉆芯驗(yàn)證，我們可以看到132#樁在樁面以下32.21～32.61m 位置處存在夾泥的現(xiàn)象，該位置只見泥漿和骨料，傾斜的斷口面不連續(xù)和不完整，芯樣斷口面還明顯夾著泥，除了上述缺陷的位置以外，該試驗(yàn)樁的其他位置芯樣都連續(xù)、完整，芯面都很光滑，骨料粗細(xì)的分布都比較均勻，芯樣的斷口很吻合，混凝土膠結(jié)很好。通過鉆芯驗(yàn)證檢測(cè)的結(jié)果，該132#檢測(cè)樁的夾泥位置段與超聲波透射法所檢測(cè)的最明顯異常位置段基本一致，同時(shí)通過上述兩種檢測(cè)方法的比對(duì)驗(yàn)證分析，可以知道如果樁身某一位置出現(xiàn)夾泥、蜂窩溝槽或混凝土離析等缺陷時(shí)，聲時(shí)就會(huì)明顯的增加，而聲波波幅就會(huì)出現(xiàn)明顯的衰減特征，儀器所接收到的聲波波形就會(huì)出現(xiàn)畸變和不規(guī)則的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過上述的工程實(shí)例，我們可以知道檢測(cè)混凝土灌注樁完整性的檢測(cè)方法中，聲波透射法檢測(cè)是值得肯定的，其檢測(cè)結(jié)果也比較準(zhǔn)確，對(duì)樁身可能存在的夾泥、蜂窩溝槽或混凝土離析等缺陷能夠明顯地反映出來，并對(duì)缺陷的位置和范圍能作出較準(zhǔn)確的判斷，因此聲波透射法檢測(cè)具有檢測(cè)范圍廣、檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，還可以利用基樁鉆芯法進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，能夠提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，還能直觀地了解要檢測(cè)的灌注樁的樁身完整性情況，更能對(duì)樁身完整性作出準(zhǔn)確的綜合評(píng)價(jià)，為工程項(xiàng)目的驗(yàn)收提供可靠的檢測(cè)結(jié)果。