吳輝能

摘 要：對(duì)超聲波透射法用于基樁檢測(cè)的原理進(jìn)行了總結(jié)，重點(diǎn)對(duì)其方法的應(yīng)用作了介紹，提出了聲測(cè)管的埋置與安裝，最后簡(jiǎn)述了其在基樁檢測(cè)中的分析處理。只有利用超聲波透射法定性和定量指標(biāo)，才能科學(xué)評(píng)價(jià)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(cè) 原理

中圖分類號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(cè)就顯得尤為重要。基樁質(zhì)量主要體現(xiàn)在樁身完整性和地基土對(duì)基樁的承載力兩個(gè)部分，超聲波透射法不但可以檢測(cè)樁身的完整性，測(cè)出樁底沉渣的厚度，還可為地基土對(duì)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(cè)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(shí)需要通過水和空氣介質(zhì)進(jìn)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(cè)所用的為縱波分量。超聲波檢測(cè)時(shí)需要在基樁的兩側(cè)分別設(shè)置發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)，由發(fā)射點(diǎn)出去的聲波會(huì)沿著多種路徑傳播，不同的路徑傳播的超聲波到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間會(huì)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(shí)，會(huì)導(dǎo)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(fù)雜。此外超聲波在傳播過程中遇到混凝土缺陷時(shí)，會(huì)在表面發(fā)生散射和反射，導(dǎo)致超聲波的能量出現(xiàn)損失，而這樣就使得接收點(diǎn)收到的信號(hào)頻率和波幅降低，同時(shí)在超聲波還會(huì)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(huì)使得接收到的聲波信號(hào)的波形出現(xiàn)畸變。

從以上分析中可以看出，當(dāng)混凝土基樁存在缺陷時(shí)，接收點(diǎn)收到的超聲波信號(hào)會(huì)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(xué)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(jìn)而對(duì)基樁的質(zhì)量進(jìn)行判定。

2 超聲波透射法在基樁檢測(cè)中的運(yùn)用介紹

在利用超聲波透射法進(jìn)行基樁檢測(cè)時(shí)，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(cè)方式。

2.1 樁內(nèi)單孔透射法檢測(cè)

在某些時(shí)候可用檢測(cè)通道的數(shù)量會(huì)受到限制，甚至有時(shí)只有一個(gè)通道可用于檢測(cè)，如混凝土鉆芯取樣后需要檢測(cè)孔道周圍混凝土的質(zhì)量，這時(shí)就可采用單孔檢測(cè)法進(jìn)行補(bǔ)充檢測(cè)。在某個(gè)孔中放置換能器，兩個(gè)換能器之間使用隔聲材料進(jìn)行分隔，發(fā)射換能器所發(fā)射出的超聲波通過耦合水進(jìn)入到孔壁混凝土表層，表層滑行一段后會(huì)經(jīng)過耦合水到達(dá)兩個(gè)換能轉(zhuǎn)換器上，進(jìn)而獲得各項(xiàng)所需要的聲學(xué)參數(shù)。采用這種方式進(jìn)行基樁檢測(cè)時(shí)需使用信號(hào)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(cè)

當(dāng)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(shí)，可以在樁邊的土層中進(jìn)行鉆孔，以此作為檢測(cè)通道，同時(shí)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(shí)由上而下沿樁身傳播的超聲波會(huì)將穿透樁與孔之間的土層，通過孔中耦合水進(jìn)入接收換能器，進(jìn)而獲得每個(gè)超聲波測(cè)點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)，而依據(jù)聲學(xué)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(cè)的基樁長(zhǎng)度不大，一般情況下只能進(jìn)行縮頸、斷樁、夾層等的判定。

2.3 樁內(nèi)跨孔透射法檢測(cè)

采用樁內(nèi)跨孔透射法要預(yù)先在基樁內(nèi)埋設(shè)聲測(cè)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(cè)管中，檢測(cè)時(shí)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(dá)接收換能器，超聲波在兩換能器之間掃過的面積就是實(shí)際有效的檢測(cè)面積。另外依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件的不同，可以采取多種測(cè)試方法來獲取聲學(xué)參數(shù)，根據(jù)各種聲學(xué)參數(shù)的變化即可對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行判定。

3 聲測(cè)管的埋置與安裝

在進(jìn)行聲測(cè)管埋設(shè)時(shí)需要根據(jù)基樁直徑選擇埋置方式。當(dāng)基樁直徑為0.6～1m時(shí)，可埋設(shè)兩根管；當(dāng)基樁直徑為1.0～2.5m時(shí)，可按等邊三角形埋設(shè)3根管；當(dāng)基樁直徑大于2.5m時(shí)，可按正方形埋設(shè)4根管，同時(shí)埋設(shè)的聲測(cè)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(cè)管安裝時(shí)，要將其固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，鋼制聲測(cè)管要每間隔2m設(shè)置一個(gè)固定點(diǎn)，并要將其焊接在架立筋上；PVC材質(zhì)的聲測(cè)管要每間隔1m設(shè)置一個(gè)固定點(diǎn)，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(jìn)行固定。

4 超聲波透射法在基樁檢測(cè)中的分析處理

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

4.1 聲速臨界值法

把同一剖面的聲時(shí)值從大到小排序后，按下式計(jì)算：

式中，n為測(cè)點(diǎn)數(shù)；k為從零開始去掉的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；Vm為（n-k）個(gè)數(shù)據(jù)的平均值；Sx為（n-k）個(gè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差λ為與（n-k）相對(duì)應(yīng)的系數(shù)；V0為異常判斷值。當(dāng)參與統(tǒng)計(jì)聲速有≤V0數(shù)據(jù)，則去掉≤V0的數(shù)據(jù)，重新按上式計(jì)算，直到剩余的全部數(shù)據(jù)均大于V0時(shí)，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(rèn)為失誤差而導(dǎo)致缺陷的出現(xiàn)，而由于缺陷處的混凝土質(zhì)量會(huì)偏離正常的正態(tài)分布，因此所獲得的超聲波聲學(xué)參數(shù)也會(huì)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(xué)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(dāng)超聲波通過基樁缺陷區(qū)時(shí)，缺陷背面的聲波強(qiáng)度將降低，并會(huì)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(shí)變大、波形出現(xiàn)畸變，若沿著兩個(gè)不同的方向進(jìn)行基樁檢測(cè)，可以獲得不同的陰影區(qū)，兩個(gè)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(shí)就需采用頻率、波幅、聲時(shí)等參數(shù)進(jìn)行綜合判斷，由于波幅的敏感性最強(qiáng)，判斷時(shí)應(yīng)給予較高的“權(quán)數(shù)”。當(dāng)需要明確混凝土基樁橫截面缺陷的準(zhǔn)確位置，就需要采用多個(gè)測(cè)向檢測(cè)，并將不同的測(cè)向陰影區(qū)進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)檢測(cè)人員對(duì)聲測(cè)管埋置方法的了解程度也將是檢測(cè)準(zhǔn)確度的影響因素，因此，檢測(cè)人員可通過結(jié)合場(chǎng)地工程地質(zhì)特征，初步分析缺陷的原因，以此可對(duì)施工有一定指導(dǎo)意義。

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