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        超聲波透射法在基樁檢測中的應(yīng)用

        2017-11-07 16:58:48吳輝能
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2017年21期
        關(guān)鍵詞:基樁原理檢測

        吳輝能

        摘 要:對超聲波透射法用于基樁檢測的原理進(jìn)行了總結(jié),重點(diǎn)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(biāo),才能科學(xué)評價(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 原理

        中圖分類號:TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)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。基樁質(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(gè)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(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所用的為縱波分量。超聲波檢測時(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)收到的信號頻率和波幅降低,同時(shí)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(dāng)混凝土基樁存在缺陷時(shí),接收點(diǎn)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(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)而對基樁的質(zhì)量進(jìn)行判定。

        2 超聲波透射法在基樁檢測中的運(yùn)用介紹

        在利用超聲波透射法進(jìn)行基樁檢測時(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種檢測方式。

        2.1 樁內(nèi)單孔透射法檢測

        在某些時(shí)候可用檢測通道的數(shù)量會受到限制,甚至有時(shí)只有一個(gè)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(shí)就可采用單孔檢測法進(jìn)行補(bǔ)充檢測。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)行基樁檢測時(shí)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(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,可測的基樁長度不大,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

        采用樁內(nèi)跨孔透射法要預(yù)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(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(xué)參數(shù),根據(jù)各種聲學(xué)參數(shù)的變化即可對混凝土質(zhì)量進(jìn)行判定。

        3 聲測管的埋置與安裝

        在進(jìn)行聲測管埋設(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(shí),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(gè)固定點(diǎn),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(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中的分析處理

        超聲波透射法進(jìn)行基樁檢測所獲得的聲學(xué)參數(shù)主要有主頻、波幅和聲速,還需要對波形進(jìn)行記錄和觀察,根據(jù)這些數(shù)據(jù)對基樁的質(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,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)測向檢測,并將不同的測向陰影區(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)檢測人員對聲測管埋置方法的了解程度也將是檢測準(zhǔn)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(dǎo)意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 葛菊英.超聲波透射法的原理及在基樁檢測中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2009(14):65-66.

        [2] 方銳.超聲波透射法在基樁完整性檢測中的應(yīng)用[J].西南公路,2014(3):75-78.

        [3] 柴國平.超聲波透射法在橋梁基樁完整性檢測中的研究[J].甘肅水利水電技術(shù),2014(12):52-54.endprint

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