李　民（遼寧馳通公路工程監(jiān)理事務(wù)所，遼寧　沈陽　110005）

聲波透射法在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用

李民
（遼寧馳通公路工程監(jiān)理事務(wù)所，遼寧沈陽110005）

聲波透射法是對建筑樁身混凝土完整性依據(jù)超聲波透射原理進(jìn)行檢測的方法，已逐漸應(yīng)用于橋梁樁基檢測并成為比較有效的一種方法。通過分析聲波透射法有關(guān)理論，較深入地探討了橋梁樁基檢測中聲波透射法的具體應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用論述了聲波透射法的檢測技巧及判定結(jié)果的方法，對于提高橋梁樁基施工質(zhì)量的檢測水平具有重要作用。

聲波透射法；橋梁樁基；檢測方法

1　前言

在橋梁樁基檢測中聲波透射法是對橋梁樁身混凝土完整性依據(jù)超聲波透射原理進(jìn)行檢測的方法，已逐漸應(yīng)用于橋梁方法并發(fā)揮出十分重要的作用。該方法是在灌注橋梁樁基混凝土前，將多根測管進(jìn)行預(yù)埋作為聲波檢測儀，按照間距一定對向橋梁樁身各橫截面穿過聲波的聲學(xué)參數(shù)沿樁縱軸逐點(diǎn)進(jìn)行檢測，再對有關(guān)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷并處理，對橋梁樁身混凝土可能發(fā)生缺陷的因素進(jìn)行綜合分析，再對橋梁樁身混凝土質(zhì)量進(jìn)行推斷，以實(shí)現(xiàn)對橋梁樁身完整性等級的客觀判定。

2　聲波透射法

灌注樁內(nèi)聲測管之間的混凝土質(zhì)量是該方法的檢測對象，混凝土作為一種非勻質(zhì)彈黏性材料通常都是由很多種材料進(jìn)行配制構(gòu)成，對超聲脈沖波吸收程度較大、也能衰減一定程度的散射，超聲脈沖波在超聲波相等距離、材料及質(zhì)量時(shí)，首波頻率、波幅及傳播速度等聲學(xué)參數(shù)的測量值呈現(xiàn)出一致性，才能相對穩(wěn)定地保持波形。如在橋梁樁身混凝土結(jié)構(gòu)中具有空洞、裂縫及因水泥不足而發(fā)生松散等質(zhì)量問題，其空間內(nèi)空氣將相應(yīng)增大所占空間，在聲阻抗率上空氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混凝土，在“固-氣”界面上超聲脈沖波容易發(fā)生全反射現(xiàn)象，一些超聲脈沖波缺陷區(qū)繞過或穿過而對換能器接收時(shí)，將增大聲時(shí)值，相應(yīng)降低首波幅度與頻率，波形產(chǎn)生畸變的程度比較明顯。可利用變化的聲時(shí)及聲程范圍，對聲速變化進(jìn)行計(jì)算，對缺陷度進(jìn)行判別和計(jì)算，同時(shí)在缺陷界面超聲脈沖波將發(fā)生反射和散射，聲波到達(dá)接收換能器時(shí)將使波幅顯著減小，可結(jié)合波幅變化甄別產(chǎn)生缺陷的性質(zhì)及程度。超聲脈沖波在產(chǎn)生缺陷的界面中不同成分的頻率其衰減度也各不相同，接收信號頻率降低明顯時(shí)，可與接收信號主頻或頻率譜的變化相結(jié)合分析判別產(chǎn)生缺陷的具體狀況。超聲脈沖波反射和折射在缺陷界面形成波束的波形不同，或由于界面上產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換而形成橫波，抵達(dá)接收換能器時(shí)的時(shí)間各不相同，將導(dǎo)致接收波形成疊加同向或不同向位波束的波，進(jìn)而造成接收信號發(fā)生一定程度的波形畸變，所以也能夠用于對產(chǎn)生缺陷具體原因的分析判斷。

由以上原理分析可知，該方法一般是應(yīng)用超聲波檢測儀器與聲波徑向換能器，對橋梁混凝土中超聲脈沖波的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量，并將相關(guān)參數(shù)的變化情況進(jìn)行綜合分析，以判定橋梁樁身混凝土產(chǎn)生質(zhì)量問題的具體部位。對接收到的超聲脈沖波測量值采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法值分析，以實(shí)現(xiàn)對橋梁樁完整性的準(zhǔn)確判斷。

3　檢測聲波透射法的方法

雙孔、單孔及樁外檢測三種方法在橋梁灌注樁的聲波透射法的檢測中比較常用，而應(yīng)用最廣泛的是具有多種方式的雙孔檢測方法。聲波透射法檢測在應(yīng)用中一般分為掃測樁身各剖面和細(xì)測懷疑部位兩個(gè)步驟。將測點(diǎn)間距對增加聲時(shí)，衰減波形異常區(qū)由25cm向10cm進(jìn)行加密，基于測讀聲時(shí)并觀察參數(shù)的相對變化，采用平測、雙向斜測方法測量物理量以確定缺陷陰影范圍的方法就是“聲陰影重疊法”。由于橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的不均勻界面而產(chǎn)生繞射或低頻波漫射等導(dǎo)致其陰影邊界一般較為模糊，而聲速、波幅在高質(zhì)量的混凝土中向缺陷區(qū)具有漸變性，對陰影臨界確定具有一定的難度。在缺陷區(qū)域產(chǎn)生變化的波幅、波速及波形等物理量，都能反映出缺陷，被認(rèn)為是缺陷區(qū)域的臨界線。

4　數(shù)據(jù)分析判定

該方法在分析判定檢測數(shù)據(jù)過程中，通常分析各采樣點(diǎn)的有關(guān)參數(shù)測量值，再對整個(gè)剖面聲速及波幅等參數(shù)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算，對整個(gè)樁剖面的參數(shù)進(jìn)行綜合分析，與PSD值結(jié)合進(jìn)行綜合分析，再對橋梁樁身完整性進(jìn)行甄別。在實(shí)際監(jiān)測中對各測點(diǎn)聲波波形的采集工作相對比較復(fù)雜，主要還是依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對波形進(jìn)行分析，應(yīng)與聲學(xué)相關(guān)專業(yè)知識與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確的判定結(jié)果。在橋梁樁身剖面的檢測過程中，樁身若具有完整的混凝土，各檢測點(diǎn)具有相對規(guī)則的波形，直線聲時(shí)曲線沒有表現(xiàn)出明顯的折點(diǎn)，波幅一般不會(huì)發(fā)生較大程度的衰減。橋梁樁身某區(qū)域混凝土具有一些缺陷時(shí)，就會(huì)是聲時(shí)值顯著增大，相對差最大能達(dá)到20%左右，波幅的衰減程度也比較大。尤其是在橋梁斷樁及局部出現(xiàn)夾層是會(huì)明顯提高聲時(shí)值，聲時(shí)曲線也將產(chǎn)生較大的峰值，相對差最大可超過30%，波幅衰減較為明顯，波形不規(guī)則。對檢測灌注樁的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)，提出采用PSD斜率法，可實(shí)現(xiàn)對發(fā)生夾層的準(zhǔn)確定位，而對于一些較小的缺陷容易出現(xiàn)定性誤差，還要結(jié)合實(shí)際測量的聲速和波幅兩項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析判斷。混凝土出現(xiàn)離析、較多砂漿等情況時(shí)，聲速通常不高，但不具有較低的波幅，混凝土強(qiáng)度卻可能很高。聲速在低波幅時(shí)較高，一般是因混凝土中存在為數(shù)不少的氣泡，而不是出現(xiàn)較嚴(yán)重的質(zhì)量問題。在聲速、波幅都突然發(fā)生降低的情況，才會(huì)發(fā)生諸如沉渣、夾泥及斷層等比較嚴(yán)重的缺陷問題。

結(jié)語

綜上所述，聲波透射法在橋梁樁基檢測應(yīng)用中的準(zhǔn)確度比較高，可實(shí)現(xiàn)對橋梁整樁結(jié)構(gòu)全斷面自下而上的逐點(diǎn)進(jìn)行檢測，不會(huì)漏判發(fā)生缺陷的任何部位，橋梁樁身結(jié)構(gòu)的混凝土均勻性及發(fā)生缺陷部位、缺陷程度等問題可由檢測結(jié)果進(jìn)行直觀反映，樁長和樁徑對檢測結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生任何影響，對于檢驗(yàn)橋梁樁基樁身的混凝土質(zhì)量是相對其它方法而言具有更為明顯的科學(xué)性。

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