聲波透射法在樁基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

于躍池

0 引言

在建筑結(jié)構(gòu)中，樁基質(zhì)量具有決定性的作用。為了保障整體工程的可靠性，確保施工安全，減少建筑物傾覆等情況發(fā)生，需要在發(fā)現(xiàn)問題時及時解決。基于此，樁基檢測的工作顯得尤為重要。在諸多檢測方法中，聲波透射法的優(yōu)勢在于此方法是無損檢測，且能夠準(zhǔn)確、完整地進(jìn)行檢查，精準(zhǔn)了解樁身存在的不足。

1 聲波透射法在樁基檢測中的應(yīng)用機(jī)理

在混凝土環(huán)境中，使用聲波投射法中透射原理可有效檢測樁身情況。具體如圖1 所示。在樁基施工時預(yù)先將兩根以上聲測管埋到樁身中，作為收發(fā)換能器的通道。把清水注入聲測管作為耦合劑，并把發(fā)射換能器、接收換能器等放入聲測管中，由發(fā)射換能器發(fā)射聲波信號在樁身中傳播，另一側(cè)的接收換能器接收信號，通過顯示器顯示聲波。

圖1 聲波透射法檢測

在對樁基進(jìn)行檢測時，利用聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的頻率、聲時以及波幅等參數(shù)的波動情況，判斷樁身的完整性。如樁身出現(xiàn)裂縫、松散、空洞等情況時，聲波透射法所產(chǎn)生的超聲波的聲時、波幅、PSD 數(shù)據(jù)等會出現(xiàn)波動，正是根據(jù)這一現(xiàn)象來判斷樁身質(zhì)量是否良好[1]。若樁身出現(xiàn)質(zhì)量問題時，所采集到的剖面曲線、波列圖等影像圖也會出現(xiàn)畸變。通常，聲波透射法檢測多采用平測法，這樣可以準(zhǔn)確判斷樁身缺陷的位置及程度，也可采用扇測、斜測等方法，利用增加聲測線的方式，準(zhǔn)確判斷不良位置和空間上的分布信息[2]（如圖2 所示）。

圖2 聲波透射法平測、斜測、扇測示意圖

2 工程概況

本工程為廈門新店保障房地鐵社區(qū)二期工程項目（A16-18/A32 地塊），地勢低洼且平坦，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，屬于淤泥質(zhì)基坑，又因為地理環(huán)境特殊，各巖土層的厚度、分布變化較大。其中，淤泥層中含水量較高，缺乏有效的地基承載力，實地檢測地基土剪切波速，其范圍在89.20～94.50m/s，在樁身施工時易出現(xiàn)塌孔或縮徑的問題，影響其完整性。本工程采用聲波透射法對其中的13 根（10%）樁基進(jìn)行檢測，詳細(xì)分析其質(zhì)量問題，并采取有效的方案解決問題。

3 樁基質(zhì)量檢測中聲波透射法的具體應(yīng)用

3.1 設(shè)備儀器要點(diǎn)

在具體施工過程中，首先要選擇合適的儀器設(shè)備，并對其進(jìn)行正確設(shè)置。通常，收發(fā)換能器主要是利用聲波完成接收、發(fā)放等工作。

（1）對設(shè)備的外徑進(jìn)行設(shè)置，需小于測管內(nèi)徑，確保有效工作段的長度必須在150mm 以內(nèi)[3]。

（2）諧振頻率的范圍應(yīng)在30～50kHz 內(nèi)，且確保水密性符合要求。

（3）所選用設(shè)備需具備可顯示、投射的功能。即在檢測的過程中，實時顯示并自動記錄測試信息。

（4）在該儀器設(shè)備中，設(shè)置系統(tǒng)寬度在1～250kHz，并且采樣的間隔必須低于0.5μs，確保其測量結(jié)果的誤差低于3%[4]。對于樁基礎(chǔ)而言，材質(zhì)一般為混凝土材質(zhì)，鋼筋籠與塑料管之間的區(qū)別是材質(zhì)的不同，再加上綁扎密實度低，且在吊裝鋼筋籠的過程中作用力較大，易出現(xiàn)聲測管變形或是位移問題。因此，在聲測管選擇尺寸時，其直徑應(yīng)大于換能器10mm左右，這樣便于其上下移動，金屬波紋管選用35～50mm 之間為宜。

3.2 聲測管埋設(shè)要點(diǎn)

根據(jù)工程實際，在樁徑不超過800mm 的情況下，至少埋設(shè)2 根聲測管。樁徑長度在800～1600mm 之間，這就要求埋設(shè)的聲測管器材至少4 根；如果樁徑超過2000mm，埋設(shè)的聲測管必須大于4 根。聲測管的內(nèi)徑必須在50～60mm 之間，同時在布置聲測管的過程中，為避免混入跑漿的混凝土，保證焊接質(zhì)量，需要沿樁身進(jìn)行通長設(shè)計，并封閉其下端。有效加固并綁定聲測管之后，確保每個聲測管均處于平行狀態(tài)，再進(jìn)行混凝土澆筑。

在聲測管中放置換能器，用于接收和發(fā)射信號。確保其能夠同步升降，且測點(diǎn)距離不得超過100mm[5]；在檢測的過程中，從底部開始移動，最終達(dá)到設(shè)計樁頂標(biāo)高的位置，如果發(fā)現(xiàn)可疑部位，可采用扇形、斜側(cè)等檢測方法進(jìn)行重復(fù)檢測，并對測點(diǎn)進(jìn)行加密，如此便可精準(zhǔn)鎖定缺陷的位置和范圍，在同一根樁中，確保每一個檢測的截面的聲波發(fā)射電壓、儀器參數(shù)等數(shù)據(jù)的一致性；最后，選擇其中的9 根為研究對象，對其最終的檢測結(jié)果進(jìn)行分析。

3.3 現(xiàn)場檢測要點(diǎn)

（1）在檢測聲測管是否暢通時，需將清水注滿到聲測管中，并在不同設(shè)備的聲測管中安裝收發(fā)換能器。

（2）收發(fā)換能器在平測時，確保流程與深度保持一致。

（3）收發(fā)換能器在斜測時，在提升流程中，確保其存在一定的高度差，相關(guān)換能器連線與水平之間的角度不超過40°。在檢測質(zhì)量過程中，如果記錄信號出現(xiàn)了異常，應(yīng)采用斜測和扇測的方式，增加聲測次數(shù)，進(jìn)而奠定良好的基礎(chǔ)，檢查是否是樁身的問題導(dǎo)致檢測結(jié)果異常，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4 檢測數(shù)據(jù)分析

采用聲波透射法對樁基進(jìn)行檢測時，主要對采集到的聲速、聲時等進(jìn)行分析，以檢驗樁身是否存在質(zhì)量問題；同時，在深度曲線上相近兩點(diǎn)連線之間，利用計算聲時的方法，統(tǒng)計得出斜率及聲時差，并對其進(jìn)行乘積PSD，最終確定質(zhì)量。抽檢9根采用聲波透射法進(jìn)行完整性檢測，編號ZH2-1-2 的樁體為1號樁，收集其聲測管數(shù)據(jù)，分析1 號聲測管的曲線和波形圖，然后得出結(jié)果，在樁長的范圍內(nèi)，其聲速的最大值、最小值及平均值分別為4.667、4.003、4.437，進(jìn)而得出標(biāo)準(zhǔn)差為0.069。由以上數(shù)據(jù)可知，聲速比較穩(wěn)定。通過對波幅進(jìn)行計算，得出標(biāo)準(zhǔn)差為0.986，這說明該樁體中的PSD曲線并沒有明顯的變化，有均勻的波形，樁體材質(zhì)比較完整和均勻。同理，檢測2 號樁—9 號樁，在檢測過程中，如所得參數(shù)沒有明顯差異，便可確定樁身質(zhì)量沒有問題，而如果所得參數(shù)差異比較明顯，則說明樁身質(zhì)量存在問題。本工程1 號樁～9 號樁檢測結(jié)果如表1。

表1 樁身聲波透射法檢測結(jié)果匯總表

通過檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樁身完整性較好，這說明樁身沒有明顯缺陷，聲測線聲學(xué)參數(shù)無異常，接收波形正常。

4 檢測評價

通過以上驗證可以看出：使用聲波透射法來檢測樁基是否合格不僅科學(xué)合理，而且結(jié)果準(zhǔn)確，有利于第一時間掌握樁基存在的質(zhì)量隱患，規(guī)避可能存在的風(fēng)險。

需要注意的是，采用聲波透射法檢測樁基完整性的過程中，一些聲學(xué)參數(shù)可能會被罐裝混凝土材料所影響，但也并不是絕對的，同材料配比、拌和均勻度等因素也有關(guān)系，以上因素均會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響；另外，缺陷位置、形狀和儀器的精通度、操作穩(wěn)定性等因素均會影響樁基完整性檢測結(jié)果。當(dāng)然，聲波透射法也不是萬能的，也有不足之處，要求檢測管道具有良好的垂直型，才能保障結(jié)果準(zhǔn)確。為獲得更為準(zhǔn)確的樁基完整性的檢測結(jié)果，可在聲波透射法基礎(chǔ)上，結(jié)合其他方法進(jìn)行互補(bǔ)檢測，以保證樁基檢測工程的有效進(jìn)行。

5 結(jié)語

在建筑工程中，采用聲波透射法檢測樁基混凝土完整性，在實際工程中效果較好。特別是大直徑、超長、特殊地質(zhì)環(huán)境下的樁基檢測，能將樁徑、樁長等諸多客觀因素的影響降到最低，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以，應(yīng)加強(qiáng)對聲波透射法的研究與應(yīng)用，嚴(yán)格做好聲測管的清洗、卡探頭問題的處理，將對線與拉線的工作落實到位，提升建筑工程樁基工程的檢測效率，保障檢測質(zhì)量。