朱 方 杰， 李 宗 耀

(1.葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，湖北宜昌 443002;2.葛洲壩集團(tuán)四川內(nèi)遂高速公路有限公司，四川成都 610091)

1 概述

基樁具有沉降量小、單樁承載力高、施工工藝簡(jiǎn)單且適應(yīng)于各種復(fù)雜的地質(zhì)地理?xiàng)l件等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公路橋梁基礎(chǔ)?；鶚锻瑫r(shí)也是重要的隱蔽工程，受地質(zhì)條件、施工工藝及施工質(zhì)量的影響，樁身質(zhì)量也很容易出現(xiàn)各種缺陷。單樁質(zhì)量直接影響其上部結(jié)構(gòu)物的可靠度，因此，基樁完整性檢測(cè)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法有低應(yīng)變反射波法、高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法、超聲波法及鉆芯法。超聲波法具有測(cè)試簡(jiǎn)便、確認(rèn)缺陷位置及范圍準(zhǔn)確有效等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于公路橋梁基樁檢測(cè)中。

2 超聲波法的測(cè)試原理及數(shù)據(jù)分析判定

2.1 超聲波法的測(cè)試原理

超聲波測(cè)試的理論基礎(chǔ)建立在固體介質(zhì)中彈性波的傳播理論上，由人工激振向介質(zhì)(巖石、巖體、混凝土構(gòu)筑物)發(fā)射超聲波。超聲波在混凝土中傳播(即透射)時(shí)會(huì)有較強(qiáng)的反射、散射、吸收和波形畸變等一系列聲學(xué)現(xiàn)象。對(duì)不同的物質(zhì)性態(tài)，其聲學(xué)現(xiàn)象具有不同的特點(diǎn)。超聲波法檢測(cè)是在成孔之后、灌注樁身混凝土之前，在孔內(nèi)安裝兩根或兩根以上的、豎直放置且相互平行的聲測(cè)管，兩兩聲測(cè)管即構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)剖面，混凝土硬化后，聲測(cè)管成為樁體的一部分。檢測(cè)時(shí)，在聲測(cè)管中注滿清水作為耦合劑，將超聲脈沖發(fā)射換能器(又稱發(fā)射探頭)和超聲脈沖接收換能器(又稱接收探頭)分別置于兩根聲測(cè)管中，由超聲檢測(cè)儀發(fā)出一系列周期性電脈沖加于發(fā)射換能器，轉(zhuǎn)換成超聲脈沖，該脈沖穿過待測(cè)的樁體混凝土并為接收換能器所接收，在轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后由超聲檢測(cè)儀所接收，再由儀器中的測(cè)量系統(tǒng)算出超聲脈沖穿過混凝土所用的時(shí)間(椐此及聲測(cè)管間的距離推算混凝土的聲速)、接收脈沖波幅值(或衰減值)、接收脈沖頻譜、接收脈沖波形態(tài)等參數(shù)。將反復(fù)測(cè)量的樁體各測(cè)面上不同深度的這些數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī)，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行綜合判斷和分析，即可對(duì)樁體各部位混凝土缺陷的性質(zhì)、大小、位置作出判斷，繪制聲速、衰減隨深度變化曲線，給出樁體混凝土完整性的評(píng)價(jià)。

2.2 數(shù)據(jù)分析(依據(jù)JTG/T F81－01－2004)

(1)聲速判據(jù):實(shí)測(cè)混凝土聲速值是否低于臨界值并將其作為可疑缺陷區(qū)的判定，聲速臨界值按下列公式計(jì)算:

式中 υD為聲速臨界值為聲速平均值;συ為聲速標(biāo)準(zhǔn)差。

(2)波幅判據(jù):實(shí)測(cè)波幅低于波幅臨界值時(shí)，作為可疑缺陷區(qū)判定，波幅臨界值按下列公式計(jì)算:

式中 AD為波幅臨界值(dB);Am為波幅平均值(dB)。

(3)PSD判據(jù):采用斜率法作為輔助異常判據(jù)，當(dāng)PSD值在某測(cè)點(diǎn)附近變化明顯時(shí)，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)，PSD值按下列公式計(jì)算:

式中 ti為第i測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值(μs);ti－1為第i－1測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值(μs);zi為第 i個(gè)測(cè)點(diǎn)深度(m);zi－1為第i－1個(gè)測(cè)點(diǎn)深度(m)。

2.3 基樁完整性判定

(1)Ⅰ類樁:各聲測(cè)剖面每個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅均大于臨界值，波形正常。

(2)Ⅱ類樁:某一聲測(cè)剖面?zhèn)€別測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅略小于臨界值，但波形基本正常。

(3)Ⅲ類樁:某一聲測(cè)剖面連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)或某一深度樁截面處的聲速、波幅值小于臨界值，PSD值變大，波形畸變。

(4)Ⅳ類樁:某一聲測(cè)剖面連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)或某一深度樁截面處的聲速、波幅值明顯小于臨界值，PSD值突變，波形嚴(yán)重畸變。

3 超聲波測(cè)試在工程應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)及局限性分析

3.1 超聲波測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)

(1)缺陷定位精確。對(duì)于多缺陷樁，其他的檢測(cè)手段，比如低應(yīng)變反射波法實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)力波在樁中產(chǎn)生多次反射和透射，對(duì)實(shí)測(cè)波形的判斷非常復(fù)雜且不準(zhǔn)確，第二、第三缺陷的判斷會(huì)有較大誤差;而超聲波法通過測(cè)繩上的刻度，無(wú)論樁身存在一處或多處缺陷，超聲波法檢測(cè)均能準(zhǔn)確的了解缺陷部位;

(2)準(zhǔn)確判斷樁身各種缺陷類型和范圍，比如局部夾泥、包管或斷樁等情況。其他的檢測(cè)方法很難確定具體的缺陷范圍，超聲波法能通過平測(cè)、斜測(cè)、扇形掃側(cè)等方法對(duì)樁身缺陷進(jìn)行檢測(cè)分析，準(zhǔn)確識(shí)別樁身各處存在缺陷的大小及范圍;

(3)能對(duì)大直徑基樁進(jìn)行詳細(xì)且全面地檢測(cè)。在大直徑基樁的檢測(cè)中，在樁身增設(shè)聲測(cè)管數(shù)量，對(duì)基樁進(jìn)行多剖面詳細(xì)測(cè)試，檢測(cè)剖面幾可覆蓋基樁全截面，準(zhǔn)確評(píng)判基樁的完整性。

3.2 超聲波測(cè)試的局限性

(1)超聲波透射法僅適用于直徑在800 mm以上的基樁。因?yàn)楫?dāng)樁徑較小時(shí)，聲測(cè)管間距也較小，其測(cè)試誤差相對(duì)較大;同時(shí)，預(yù)埋聲測(cè)管也可能引起附加的灌注樁施工質(zhì)量問題，因此，測(cè)試前測(cè)量管間距一定要精確;

(2)超聲波法不能對(duì)樁底沉渣的厚度范圍做出定量分析。我們?cè)跍y(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，許多施工單位在埋設(shè)聲測(cè)管時(shí)，聲測(cè)管并沒有接觸到樁底部，一般距離樁底大約5～10 cm，且測(cè)試時(shí)無(wú)法采用斜測(cè)、扇形掃側(cè)等檢測(cè)方法對(duì)缺陷進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，因此不能準(zhǔn)確判斷沉渣范圍。這時(shí)，就需要采用低應(yīng)變反射波法或鉆芯法進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，進(jìn)而確定樁身完整性類別;

(3)不能測(cè)試樁身混凝土強(qiáng)度。

4 對(duì)實(shí)施超聲波法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)的幾點(diǎn)建議

在超聲波法基樁檢測(cè)過程中，為準(zhǔn)確獲取超聲波在基樁混凝土中傳播的各個(gè)聲學(xué)參量，并以其判定基樁的樁身質(zhì)量，除檢測(cè)人員必須具備相應(yīng)的理論和一定的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)外，筆者提出了以下幾點(diǎn)建議:

(1)檢測(cè)宜由檢測(cè)管底部開始，發(fā)射電壓值應(yīng)固定并應(yīng)始終保持不變，放大器增益值也應(yīng)始終固定不變。調(diào)節(jié)衰減器的衰減量，使接收信號(hào)初至波幅度在屏幕2/3左右為宜;

(2)應(yīng)勻速提升換能器，在提升過程中要注意監(jiān)測(cè)波形的變化;

(3)由于徑向換能器存在指向性，斜測(cè)時(shí)以波形能穩(wěn)定接收為度，其水平測(cè)角一般取30°～40°;

(4)要注意分析各聲學(xué)參量發(fā)生變化的原因，避免誤判。

5 結(jié)語(yǔ)

準(zhǔn)確定位缺陷并確定缺陷的大小范圍超聲波法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而且操作簡(jiǎn)便，試驗(yàn)周期短，工程應(yīng)用性價(jià)比高，在公路工程基樁檢測(cè)中應(yīng)用的越來越多，測(cè)試精度也得到公眾認(rèn)可。當(dāng)然，超聲波檢測(cè)法也不是萬(wàn)能的，我們應(yīng)當(dāng)抱著科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，依據(jù)不同的地質(zhì)和施工條件，對(duì)基樁完整性進(jìn)行正確的判斷，避免錯(cuò)判、誤判，在遇到可疑缺陷樁超聲波法不能對(duì)基樁做出定性分析時(shí)，應(yīng)采用其他檢測(cè)手段進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，嚴(yán)格為工程質(zhì)量把關(guān)。