吳輝能

摘 要：對超聲波透射法用于基樁檢測的原理進行了總結(jié)，重點對其方法的應(yīng)用作了介紹，提出了聲測管的埋置與安裝，最后簡述了其在基樁檢測中的分析處理。只有利用超聲波透射法定性和定量指標，才能科學評價基樁質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)基樁缺陷，并為基樁消除安全隱患提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超聲波透射法 基樁 檢測 原理

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0035-02

基樁作為橋梁施工的隱蔽工程，在施工控制和發(fā)現(xiàn)問題方面較難，因此，基樁質(zhì)量檢測就顯得尤為重要?；鶚顿|(zhì)量主要體現(xiàn)在樁身完整性和地基土對基樁的承載力兩個部分，超聲波透射法不但可以檢測樁身的完整性，測出樁底沉渣的厚度，還可為地基土對樁能發(fā)揮承載力提供依據(jù)。

1 超聲波透射法用于基樁檢測的原理

超聲波在混凝土中的傳播遵循彈性波的傳播規(guī)律，同時需要通過水和空氣介質(zhì)進行傳播，但由于水和空氣介質(zhì)的剪切彈性模量為零，不能傳遞橫波，因而超聲波在基樁檢測所用的為縱波分量。超聲波檢測時需要在基樁的兩側(cè)分別設(shè)置發(fā)射點和接收點，由發(fā)射點出去的聲波會沿著多種路徑傳播，不同的路徑傳播的超聲波到達接收點的時間會不相同，若基樁完整性好，超聲波傳遞的路徑則為發(fā)射探頭與接收探頭之間的直線距離，若基樁自身出現(xiàn)離析、斷裂等問題時，會導致混凝土的連續(xù)性發(fā)生破壞，超聲波傳播路徑將變得異常復雜。此外超聲波在傳播過程中遇到混凝土缺陷時，會在表面發(fā)生散射和反射，導致超聲波的能量出現(xiàn)損失，而這樣就使得接收點收到的信號頻率和波幅降低，同時在超聲波還會出現(xiàn)相互疊加，由于反射和折射后的超聲波存在相位差和聲程，因此會使得接收到的聲波信號的波形出現(xiàn)畸變。

從以上分析中可以看出，當混凝土基樁存在缺陷時，接收點收到的超聲波信號會發(fā)生波形畸變、振幅和波速減小、頻率變化等特征。超聲波透射法就是依據(jù)以上所述的聲學特征，通過數(shù)據(jù)結(jié)果分析，判斷基樁缺陷的范圍和位置，進而對基樁的質(zhì)量進行判定。

2 超聲波透射法在基樁檢測中的運用介紹

在利用超聲波透射法進行基樁檢測時，依據(jù)樁體中換能器通道布置方式的不同，可以分為以下3種檢測方式。

2.1 樁內(nèi)單孔透射法檢測

在某些時候可用檢測通道的數(shù)量會受到限制，甚至有時只有一個通道可用于檢測，如混凝土鉆芯取樣后需要檢測孔道周圍混凝土的質(zhì)量，這時就可采用單孔檢測法進行補充檢測。在某個孔中放置換能器，兩個換能器之間使用隔聲材料進行分隔，發(fā)射換能器所發(fā)射出的超聲波通過耦合水進入到孔壁混凝土表層，表層滑行一段后會經(jīng)過耦合水到達兩個換能轉(zhuǎn)換器上，進而獲得各項所需要的聲學參數(shù)。采用這種方式進行基樁檢測時需使用信號分析技術(shù)，以盡可能地排除管中的干擾，但若孔道內(nèi)設(shè)置了鋼制套管，則不能采用此種方法。

2.2 樁外孔透射法檢測

當基樁內(nèi)沒有可用的換能器通道或者基樁結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始施工時，可以在樁邊的土層中進行鉆孔，以此作為檢測通道，同時可將功率較大的平面換能器放置在樁頂面處，并在樁外孔中由上而下將接收換能器緩慢放下，這時由上而下沿樁身傳播的超聲波會將穿透樁與孔之間的土層，通過孔中耦合水進入接收換能器，進而獲得每個超聲波測點的聲學參數(shù)，而依據(jù)聲學參數(shù)的變化就可初步判定基樁的質(zhì)量。但這種方法受超聲波能量的限制，可測的基樁長度不大，一般情況下只能進行縮頸、斷樁、夾層等的判定。

2.3 樁內(nèi)跨孔透射法檢測

采用樁內(nèi)跨孔透射法要預先在基樁內(nèi)埋設(shè)聲測管，待管內(nèi)注滿水后將接收和發(fā)射換能器分別安置在聲測管中，檢測時由發(fā)射換能器所發(fā)出的超聲波經(jīng)過兩管之間的混凝土而到達接收換能器，超聲波在兩換能器之間掃過的面積就是實際有效的檢測面積。另外依據(jù)現(xiàn)場條件的不同，可以采取多種測試方法來獲取聲學參數(shù)，根據(jù)各種聲學參數(shù)的變化即可對混凝土質(zhì)量進行判定。

3 聲測管的埋置與安裝

在進行聲測管埋設(shè)時需要根據(jù)基樁直徑選擇埋置方式。當基樁直徑為0.6～1m時，可埋設(shè)兩根管；當基樁直徑為1.0～2.5m時，可按等邊三角形埋設(shè)3根管；當基樁直徑大于2.5m時，可按正方形埋設(shè)4根管，同時埋設(shè)的聲測管要盡可能平行，但施工中不可避免地要發(fā)生位移，但應(yīng)盡可能地控制。在聲測管安裝時，要將其固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，鋼制聲測管要每間隔2m設(shè)置一個固定點，并要將其焊接在架立筋上；PVC材質(zhì)的聲測管要每間隔1m設(shè)置一個固定點，需采用綁扎的方式固定在架立筋上，若安裝部位沒有鋼筋籠，可采用鋼筋支架進行固定。

4 超聲波透射法在基樁檢測中的分析處理

超聲波透射法進行基樁檢測所獲得的聲學參數(shù)主要有主頻、波幅和聲速，還需要對波形進行記錄和觀察，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對基樁的質(zhì)量進行判定。

4.1 聲速臨界值法

把同一剖面的聲時值從大到小排序后，按下式計算：

式中，n為測點數(shù)；k為從零開始去掉的數(shù)據(jù)個數(shù)；Vm為（n-k）個數(shù)據(jù)的平均值；Sx為（n-k）個數(shù)據(jù)的標準差λ為與（n-k）相對應(yīng)的系數(shù)；V0為異常判斷值。當參與統(tǒng)計聲速有≤V0數(shù)據(jù)，則去掉≤V0的數(shù)據(jù)，重新按上式計算，直到剩余的全部數(shù)據(jù)均大于V0時，V0可作為異常判斷臨界值VC，所有數(shù)據(jù)中≤VC的數(shù)據(jù)判定為異常。

4.2 概率法分析

基樁施工期間受到外界條件的干擾而出現(xiàn)的各種缺陷，可以被認為失誤差而導致缺陷的出現(xiàn)，而由于缺陷處的混凝土質(zhì)量會偏離正常的正態(tài)分布，因此所獲得的超聲波聲學參數(shù)也會出現(xiàn)與正態(tài)分布偏離的情況，為此根據(jù)所獲得的聲學參數(shù)異常值可判定基樁缺陷區(qū)的位置。

4.3 聲陰影重疊法分析

當超聲波通過基樁缺陷區(qū)時，缺陷背面的聲波強度將降低，并會出現(xiàn)聲輻射陰影區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)接收到的聲波幅度降低、聲時變大、波形出現(xiàn)畸變，若沿著兩個不同的方向進行基樁檢測，可以獲得不同的陰影區(qū)，兩個方向陰影區(qū)重疊部分即為缺陷區(qū)的確切位置。由于超聲波在混凝土傳播過程中發(fā)生的折射和反射使得陰影區(qū)的邊界不清晰，這時就需采用頻率、波幅、聲時等參數(shù)進行綜合判斷，由于波幅的敏感性最強，判斷時應(yīng)給予較高的“權(quán)數(shù)”。當需要明確混凝土基樁橫截面缺陷的準確位置，就需要采用多個測向檢測，并將不同的測向陰影區(qū)進行疊加，重疊區(qū)就是混凝土基樁的缺陷區(qū)。

5 結(jié)語

總之，超聲波透射法基樁質(zhì)量判定標準綜合了聲速臨界值法、聲陰影重疊法、概率法，可以為工程處理提供依據(jù)，同時檢測人員對聲測管埋置方法的了解程度也將是檢測準確度的影響因素，因此，檢測人員可通過結(jié)合場地工程地質(zhì)特征，初步分析缺陷的原因，以此可對施工有一定指導意義。

參考文獻

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