摘要：隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的發(fā)展，目前已經(jīng)建成和在建的特大型橋梁工程越來(lái)越多，跨江、跨海大橋，橋梁基礎(chǔ)樁基數(shù)量越來(lái)越多、樁徑越來(lái)越大，施工技術(shù)難度也逐步加大。因而在施工過(guò)程中不可避免地會(huì)造成樁身缺陷，而影響到樁基的完整性、使用性。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，聲波透射技術(shù)在工程建設(shè)方面得到了非常廣泛的應(yīng)用。聲波透射技術(shù)能直觀、準(zhǔn)確地反映基樁的密實(shí)度，判斷基樁缺陷的性質(zhì)及位置，同樣能夠不受基樁長(zhǎng)度限制進(jìn)行準(zhǔn)確無(wú)誤的判斷。文章主要對(duì)超聲波透射法在基樁工程檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：超聲波;透射法;樁基工程;檢測(cè)

引言

樁基是結(jié)構(gòu)物的主要承重部分，其質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)物使用的安全性及長(zhǎng)久性，因此，其質(zhì)量檢測(cè)顯得尤為重要。目前，樁基檢測(cè)手段較多，超聲波透射法是主要檢測(cè)方法之一。聲波透射法是利用聲波的透射原理，對(duì)樁身混凝土介質(zhì)狀況進(jìn)行檢測(cè)，適用于已經(jīng)預(yù)埋了兩根或兩根以上聲測(cè)管的基樁。通過(guò)在預(yù)埋聲測(cè)管之間發(fā)射、接收聲波，得到實(shí)測(cè)聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的聲時(shí)、波幅和頻率等聲學(xué)參數(shù)的相對(duì)變化，從而判斷樁身完整性的一種檢測(cè)方法。

1超聲波透射法檢測(cè)原理、方法

1.1超聲波透射法檢測(cè)原理

混凝土是一種集結(jié)型的復(fù)合材料，其內(nèi)部存在著廣泛分布的復(fù)雜界面。當(dāng)混凝土的組成材料、工藝條件、內(nèi)部質(zhì)量及測(cè)試距離一定時(shí)，其聲波傳播速度、首波幅度和接收信號(hào)主頻等聲學(xué)參數(shù)一般符合統(tǒng)計(jì)正態(tài)分布。如果某部分混凝土存在空洞、不密實(shí)或裂縫等缺陷，便破壞了混凝土的整體性，與無(wú)缺陷混凝土相比，聲時(shí)值會(huì)偏大，波幅和頻率值會(huì)降低。

超聲波透射法檢測(cè)適用于灌注成型過(guò)程中已經(jīng)預(yù)埋聲測(cè)管的混凝土灌注樁完整性檢測(cè)。在基樁施工前，依樁徑大?。ㄐ〉扔?.5m埋設(shè)3根，大于1.5m埋設(shè)4根）預(yù)埋一定數(shù)量的聲測(cè)管（一般采用鋼管或鍍鋅管，底端封閉、頂端加蓋），作為換能器的通道。

1.2現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)步驟

（1）發(fā)射與接收聲波換能器通過(guò)深度標(biāo)志分別置于兩根聲測(cè)管中測(cè)點(diǎn)處。（2）發(fā)射與接收聲波換能器應(yīng)以相同標(biāo)高或保持固定高差同步升降，測(cè)點(diǎn)間距不宜大于250mm，注意保持兩換能器相對(duì)累計(jì)高差小于20mm。（3）實(shí)時(shí)顯示和記錄接收信號(hào)的時(shí)程曲線，讀取聲時(shí)、首波峰值和周期值，宜同時(shí)顯示頻譜曲線及主頻值。（4）將多跟聲測(cè)管以?xún)筛鶠橐粋€(gè)檢測(cè)剖面進(jìn)行全組合，分別對(duì)所有檢測(cè)剖面完成檢測(cè)。（5）在樁身質(zhì)量可疑的測(cè)點(diǎn)周?chē)?，?yīng)采用加密測(cè)點(diǎn)，或采用斜測(cè)、扇形掃測(cè)進(jìn)行復(fù)測(cè)，進(jìn)一步確定樁身缺陷的位置和范圍。（6）在同一根樁的各檢測(cè)剖面的檢測(cè)過(guò)程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設(shè)置參數(shù)應(yīng)保持不變。

2超聲波透射法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

（1）混凝土灌注樁易出現(xiàn)各種各樣的質(zhì)量問(wèn)題，如斷裂空洞、縮徑、離析、沉渣過(guò)厚、混凝土強(qiáng)度偏低等。如何測(cè)定缺陷的位置，并準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)成為基樁質(zhì)量檢測(cè)的一個(gè)核心問(wèn)題，超聲波檢測(cè)法在灌注樁檢測(cè)中具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。超聲波透射法是檢測(cè)混凝土灌注樁樁身缺陷、評(píng)價(jià)其完整性的一種有效方法，當(dāng)超聲波經(jīng)混凝土傳播后，它將攜帶有關(guān)混凝土材料性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成的信息，準(zhǔn)確測(cè)定超聲波經(jīng)混凝土傳播后各種聲學(xué)參數(shù)的量值及變化，就可以推斷混凝土的性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成情況。

（2）基樁的超聲波透射法檢測(cè)需要分析和處理的主要聲學(xué)參數(shù)是聲速、波幅、主頻，同時(shí)要注意對(duì)實(shí)測(cè)波形的觀察和記錄。如何在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)樁的完整性、連續(xù)性、強(qiáng)度等級(jí)等做出判斷，是超聲法檢測(cè)的關(guān)鍵。經(jīng)比較后，采用聲場(chǎng)陰影區(qū)重疊法。

（3）對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，就要對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行截?cái)?，即在時(shí)域?qū)π盘?hào)設(shè)置窗函數(shù)，截?cái)鄷?huì)使譜分析精度受到影響。如果時(shí)域信號(hào)是周期性的，而截?cái)嘤职凑芷谌?shù)，信號(hào)截?cái)嗖粫?huì)產(chǎn)生問(wèn)題，因?yàn)槊恐芷谛盘?hào)都能代表整個(gè)周期信號(hào)變化情況。若不是整周期截取數(shù)據(jù)，則會(huì)產(chǎn)生頻譜泄漏影響測(cè)量結(jié)果。目前減少頻譜泄露的方法主要有兩類(lèi)：第一類(lèi)是通過(guò)減少同步誤差來(lái)降低頻譜泄漏，即采用整周期截?cái)?二類(lèi)是在同步誤差一定的情況下。通過(guò)對(duì)采樣數(shù)據(jù)的處理或?qū)y(cè)量結(jié)果的修正來(lái)減少測(cè)量誤差。加窗函數(shù)屬于第二類(lèi)方法，而當(dāng)前主要使用加窗來(lái)減少誤差。

3判定混凝土缺陷性質(zhì)與位置的方法

在工程建設(shè)中油于混凝土灌注樁具有隱蔽性強(qiáng)、緩凝土成型復(fù)雜等特點(diǎn)，給施工操作帶來(lái)了不小的難度，一旦施工操作出現(xiàn)不當(dāng)便極有可能造成灌注樁離析、夾泥層至是斷樁的情況。通過(guò)應(yīng)用聲波透射法能將混凝土存在的這些缺陷性質(zhì)與位置進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和正確的判斷。

3.1判定混凝土缺陷性質(zhì)的方法

聲波是一種在不同介質(zhì)傳播中具有的聲學(xué)參數(shù)也不同的彈性波，通過(guò)對(duì)不同介質(zhì)中聲波參數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理，能將基樁混凝土的完整性進(jìn)行準(zhǔn)確、直觀地判斷。

（1）聲波聲速與混凝土質(zhì)量之間的關(guān)系。出聲波的聲速與混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有非常緊密的關(guān)系。由于彈性模量與密度隨彈性介質(zhì)種類(lèi)和性質(zhì)的不同而不同，因而聲波的傳播速度也不同。根據(jù)多項(xiàng)實(shí)踐證明結(jié)果可知，當(dāng)聲波的聲速越高時(shí)，說(shuō)明物體發(fā)生的孔隙率越低，也就表明物體具有更好的密實(shí)性。根據(jù)這一結(jié)論我們根據(jù)聲波聲速的大小將混凝土的密實(shí)度準(zhǔn)確判斷出來(lái)。

（2）聲波波幅與混凝土質(zhì)量之間的關(guān)系。當(dāng)基樁的樁身存在缺陷時(shí)，缺陷內(nèi)含物便將穿過(guò)聲波的部分波能進(jìn)行吸收，從而接收探頭接收到的聲能明顯減少，波幅也便降低。根據(jù)這一性質(zhì)可通過(guò)觀察波幅對(duì)混凝土中的缺陷進(jìn)行判斷。

3.3判定混凝土缺陷位置的方法

在確定混凝土缺陷的范圍及位置時(shí)，通常采用扇形掃射法及交叉斜側(cè)法。其中扇形掃射法指的是先在缺陷的高程位置放置發(fā)射換能器，在缺陷剖面另一測(cè)管中將具有接收作用的換能器放置在下一段缺陷高程處，將接收換能器從下往上提到夾泥之上，這便進(jìn)行了一次掃射。在掃射過(guò)程中，要保持發(fā)射換能器處于不動(dòng)的狀態(tài)，在扇形掃射完成一個(gè)之后，方可移動(dòng)發(fā)射換能器進(jìn)行下一次扇形掃射。由于各測(cè)點(diǎn)具有不同的測(cè)距，因而只能根據(jù)相鄰兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值有明顯變化來(lái)對(duì)基樁的缺陷進(jìn)行判斷。因此扇形掃射法可以將出現(xiàn)缺陷的邊界地帶畫(huà)出。交叉斜側(cè)法采用的測(cè)量方式是第一次測(cè)量時(shí)，保證發(fā)射換能器的位置更高一些，第二次測(cè)量保證接收換能器處于更高的位置，在保持一定高程差的基礎(chǔ)上，在聲測(cè)管中采取相同步長(zhǎng)的方式對(duì)兩個(gè)換能器進(jìn)行同升同降測(cè)試，并對(duì)聲波的聲學(xué)的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。根據(jù)聲時(shí)及波幅出現(xiàn)的異常特征便可將基樁發(fā)生異常的范圍準(zhǔn)確交叉圈出。

（3）注意事項(xiàng)。超聲波透射法只能檢測(cè)埋設(shè)聲測(cè)管部分樁身完整性，而對(duì)端承樁的嵌巖情況及樁底與巖的膠結(jié)情況也不能很好反映，所以根據(jù)具體工程情況超聲波透射法應(yīng)與其他檢測(cè)方法共同使用，比如超聲波透射法與低應(yīng)變法能夠很好檢測(cè)嵌巖樁的完整性及嵌巖情況，也能夠?qū)鶚度毕葸M(jìn)行綜合判定，避免誤判。超聲波透射法還可與鉆孔取芯法、高應(yīng)變法、靜載相結(jié)合檢測(cè)，最終保證基樁的承載力能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語(yǔ)

綜上可知，在工程項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程中，為保證工程的質(zhì)量，對(duì)混凝土基樁的完整性及位置等性能進(jìn)行檢驗(yàn)尤為必要。在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中通常采用聲波透射的檢測(cè)法，根據(jù)發(fā)射出的彈性波的聲速大小、振幅能量及衰減程度、波形的畸變情況等聲學(xué)參數(shù)變化從，進(jìn)而對(duì)基樁樁身的完整性及均勻性進(jìn)行準(zhǔn)確、有效的判斷。

參考文獻(xiàn)：

[1]卞兆津，唐海軍.聲波透射法在混凝土灌注樁完整性檢測(cè)中的應(yīng)用[J].物探與化探.2006（02）.

[2]鄭明燕，孫洋波.聲波透射法在灌注基樁完整性檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].鐵道建筑2010（10）.

[3]劉德貴，姚勇，王寧.超聲波透視法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用[J].路基工程.2010（01）.