林海清

（廈門合誠(chéng)工程檢測(cè)有限公司， 福建 廈門 361000）

0 引言

在社會(huì)的不斷發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)橋梁建筑工程項(xiàng)目也越來(lái)越多。而混凝土灌注樁則是其中最重要的一部分，該部分的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量有著決定性的影響。因此，為了保障建筑工程質(zhì)量，提高人民居住、通行的安全性，相關(guān)建設(shè)單位在混凝土樁澆筑后需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，避免樁基出現(xiàn)問(wèn)題影響建筑的結(jié)構(gòu)安全。而超聲波檢測(cè)技術(shù)由于其優(yōu)異的性能，現(xiàn)如今被廣泛地應(yīng)用于混凝土樁的檢測(cè)當(dāng)中，并且取得了良好的成績(jī)。

1 超聲波檢測(cè)技術(shù)

現(xiàn)如今，混凝土灌注樁檢測(cè)工作是建筑工程項(xiàng)目施工當(dāng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，在該環(huán)節(jié)常用到的檢測(cè)技術(shù)包括有低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)、高應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)、超聲波檢測(cè)技術(shù)和靜載荷檢測(cè)技術(shù)、鉆芯法檢測(cè)技術(shù)等。而超聲波技術(shù)由于其操作簡(jiǎn)單、成本低、檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確度較高，是如今最受建筑工程行業(yè)歡迎的一種混凝土灌注樁檢測(cè)技術(shù)。在利用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)混凝土灌注樁進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)裝置發(fā)出超聲波脈沖信號(hào)，使其在介質(zhì)當(dāng)中傳播，從而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，在機(jī)械振動(dòng)“碰壁”時(shí)會(huì)返回到接收探頭，而后轉(zhuǎn)化為電磁信號(hào)，傳回的電磁信號(hào)在水介質(zhì)當(dāng)中放大，而后通過(guò)中心系統(tǒng)的分析整合以波形圖的形式展現(xiàn)在檢測(cè)屏幕上。檢測(cè)人員能夠通過(guò)屏幕上曲線的變化情況分析出混凝土灌注樁當(dāng)中的結(jié)構(gòu)的致密性和缺陷。超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主要是利用超聲波的傳播特點(diǎn)，利用混凝土作為傳播介質(zhì)，使其在混凝土當(dāng)中傳播，如果在傳播的過(guò)程中出現(xiàn)聲學(xué)參數(shù)異常，便能夠根據(jù)異常的程度判斷出混凝土灌注樁身存在的缺陷位置及大小。

2 超聲波檢測(cè)技術(shù)的原理與重要性

2.1 超聲波檢測(cè)技術(shù)原理

在建筑工程當(dāng)中利用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)混凝土灌注樁進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，主要是基于超聲波在介質(zhì)當(dāng)中傳播的原理而進(jìn)行檢測(cè)的。其原理是將超聲脈沖發(fā)射源向混凝土內(nèi)發(fā)射高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過(guò)程中表現(xiàn)的波動(dòng)特性。當(dāng)混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明顯降低；當(dāng)混凝土內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等嚴(yán)重缺陷時(shí)，將產(chǎn)生波的散射和繞射；根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特性、頻率變化及波形畸變程度等特征，可以獲得測(cè)區(qū)范圍內(nèi)混凝土的密實(shí)度參數(shù)。測(cè)試記錄不同側(cè)面、不同高度上的超聲波特征，經(jīng)過(guò)處理分析就能判別測(cè)區(qū)內(nèi)混凝土存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置。

2.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)的重要性

在橋梁建筑工程項(xiàng)目當(dāng)中，混凝土灌注樁是保障建筑工程質(zhì)量最為關(guān)鍵的部分，它對(duì)于建筑質(zhì)量有著直接影響。如何提高混凝土灌注樁質(zhì)量，保障其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對(duì)于建筑工程施工建設(shè)安全性保障有著重要的意義。一般情況下，建筑工程施工周期長(zhǎng)、覆蓋范圍廣，容易受到外界因素的影響，再加上混凝土灌注樁均為隱蔽工程，因此在實(shí)際的澆筑過(guò)程中容易出現(xiàn)各種缺陷，從而影響混凝土樁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。相比較其他建筑結(jié)構(gòu)部分，混凝土灌注樁的檢測(cè)更為重要。隨著超聲波檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，在對(duì)存在缺陷的混凝土灌注樁的檢測(cè)中，能夠更精確地定位出缺陷位置，并進(jìn)一步判斷導(dǎo)致缺陷出現(xiàn)的原因。同時(shí)在檢測(cè)的過(guò)程中效率也得到了保證，相比較傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)，不難發(fā)現(xiàn)，超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)于整個(gè)工程檢測(cè)的效率有了極大的提升。

3 影響超聲波對(duì)混凝土灌注樁檢測(cè)的相關(guān)因素

3.1 混凝土灌注樁缺陷對(duì)超聲波波幅的影響

在混凝土灌注樁施工當(dāng)中，夾泥、蜂窩是混凝土灌注樁施工當(dāng)中常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷，該種缺陷會(huì)一定程度地吸收或散射超聲波，進(jìn)而使超聲波波幅減小。因此，在利用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)混凝土灌注樁進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)取首次發(fā)送的超聲波波幅為基準(zhǔn)波幅，以此為基準(zhǔn)來(lái)對(duì)后續(xù)接收超聲波波幅進(jìn)行分析判斷。這樣一來(lái)才能保證混凝土灌注樁在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中的準(zhǔn)確性。

3.2 混凝土灌注樁缺陷對(duì)超聲波波速的影響

樁基混凝土離析、空洞是混凝土灌注樁中常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷。在超聲波的傳播過(guò)程中，聲波在空洞和裂縫處反射系數(shù)較大。因此，在混凝土灌注樁的缺陷處超聲波無(wú)法進(jìn)行快速傳播，其只能通過(guò)缺陷的邊緣進(jìn)行傳輸，此種情況下超聲波的傳輸路徑便有一定的加長(zhǎng)。因此，在對(duì)有離析、空洞缺陷混凝土灌注樁進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，聲波通過(guò)此種缺陷所需的傳播時(shí)間相較于正?；炷凉嘧兜膫鞑r(shí)間更長(zhǎng)。

3.3 混凝土灌注樁缺陷對(duì)超聲波波形的影響

在樁基無(wú)損檢測(cè)當(dāng)中，如果對(duì)具有缺陷的混凝土灌注樁進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，缺陷部分會(huì)使超聲波產(chǎn)生反射、折射、繞射等，使超聲波的接收換能器收到的量能明顯衰減，影響超聲波的波形，導(dǎo)致波形產(chǎn)生畸變。

4 混凝土灌注樁常見(jiàn)缺陷

混凝土灌注樁是橋梁建筑工程施工項(xiàng)目當(dāng)中最為基礎(chǔ)的一部分，該部分也是建筑結(jié)構(gòu)物當(dāng)中重要的組成部分。在混凝土灌注樁施工過(guò)程中加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的利用，有助于提高整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而對(duì)混凝土灌注樁進(jìn)行科學(xué)的檢測(cè)有利于提高混凝土灌注樁的結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。如今在社會(huì)的不斷發(fā)展過(guò)程中，混凝土樁檢測(cè)技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于建筑工程樁基質(zhì)量控制當(dāng)中，據(jù)目前我國(guó)橋梁建筑工程在混凝土灌注樁方面常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：（1）混凝土灌注樁樁徑縮小，不滿足建筑工程要求；（2）混凝土灌注樁出現(xiàn)沉渣現(xiàn)象；（3）混凝土材料配比不當(dāng)或攪拌不均勻，出現(xiàn)材料離析、骨料懸浮問(wèn)題；（4）混凝土灌注樁出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。因此，建設(shè)單位在實(shí)際施工過(guò)程中，想要提高混凝土樁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和質(zhì)量，避免其對(duì)建筑整體的安全性和穩(wěn)定性造成影響，相關(guān)施工單位不僅要加強(qiáng)對(duì)施工過(guò)程中混凝土樁施工技術(shù)的監(jiān)控，還要在混凝土樁施工完成后對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，如此才能保障整體建筑的安全性和可靠性。

5 超聲波檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用

5.1 超聲波檢測(cè)設(shè)備

5.1.1 超聲波檢測(cè)儀

超聲波檢測(cè)儀是超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)當(dāng)中最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，該設(shè)備的主要功能是發(fā)射和接收電脈沖信號(hào)。在信號(hào)接收后，超聲波檢測(cè)儀控制系統(tǒng)能夠?qū)﹄娒}沖信號(hào)進(jìn)行整理轉(zhuǎn)換，形成波形圖投放在屏幕上，用戶能夠通過(guò)波形圖對(duì)所測(cè)基樁質(zhì)量進(jìn)行分析。

5.1.2 換能器

在利用超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)混凝土灌注樁進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，想要發(fā)射超聲波首先需要將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡ㄐ盘?hào)，而此種轉(zhuǎn)化便需要有換能器的介入。電信號(hào)通過(guò)換能器的轉(zhuǎn)換變?yōu)槌暡ㄐ盘?hào)發(fā)射到混凝土灌注樁當(dāng)中，之后在其內(nèi)部形成多種反射，被超聲波檢測(cè)儀接收后通過(guò)換能器的轉(zhuǎn)化變?yōu)殡娦盘?hào)。

5.1.3 聲測(cè)管

在換能器的實(shí)際工作當(dāng)中，聲測(cè)管是其中最為關(guān)鍵的一部分，該部分能夠?yàn)閾Q能器創(chuàng)造有利的條件。比如，在垂直方向上布置多根金屬管，具體數(shù)量還取決于樁身的直徑。實(shí)際上，需要將換能器置入清水中，而且換能器還需在聲測(cè)管中自由移動(dòng)，這樣一來(lái)，就可以檢測(cè)出樁身的質(zhì)量。

5.2 超聲波無(wú)損檢測(cè)在混凝土灌注樁中的應(yīng)用

5.2.1 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制作聲測(cè)管

在利用超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)混凝土灌注樁進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，聲測(cè)管是其中最為關(guān)鍵的一部分。在聲測(cè)管的制作當(dāng)中，一般采用鑄鐵管為原材料，管壁厚、接口焊接質(zhì)量等均應(yīng)該按照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制檢查。在聲測(cè)管的安裝過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)利用鉛絲將其綁扎在樁基鋼筋籠主筋上，綁扎聲測(cè)管在樁長(zhǎng)方向間隔應(yīng)當(dāng)控制在3m 左右，在主筋與聲測(cè)管接頭部分應(yīng)當(dāng)采用套管焊接的方式連接。

5.2.2 樁身檢測(cè)

在對(duì)樁身進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)當(dāng)在100～250mm 以內(nèi)。在檢測(cè)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)混凝土樁身某個(gè)位置的超聲波特性出現(xiàn)顯著變化，應(yīng)當(dāng)在此區(qū)域增加檢測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行二次檢測(cè)，以此來(lái)保障混凝土灌注樁檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在檢測(cè)過(guò)程中，用于發(fā)射的換能器與接收的換能器基于樁身的高度要具有一致性，以避免換能器高度差影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在對(duì)混凝土樁基檢測(cè)過(guò)程中，一般在樁基當(dāng)中設(shè)置多根聲測(cè)管進(jìn)行檢測(cè)。因此，檢測(cè)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)檢測(cè)管進(jìn)行合理劃分，以組別的形式來(lái)對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)。在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，一般是按照自聲測(cè)管下部位置朝上實(shí)施檢測(cè)的方法，而檢測(cè)人員對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)內(nèi)超聲波的實(shí)際傳播時(shí)間、聲波頻率、波幅等參數(shù)進(jìn)行密切觀測(cè)，要及時(shí)記錄出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，之后在該點(diǎn)處增加測(cè)點(diǎn)進(jìn)行二次檢測(cè)，靈活應(yīng)用平測(cè)、斜測(cè)、雙向斜測(cè)、扇形掃測(cè)等檢測(cè)方法，以此來(lái)提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5.2.3 合理設(shè)置聲測(cè)管

在聲測(cè)管的安裝設(shè)置過(guò)程中，相關(guān)檢測(cè)人員應(yīng)當(dāng)采用平行對(duì)稱的方式進(jìn)行埋設(shè)，以保證超聲波探頭能夠在聲測(cè)管當(dāng)中自由伸縮。除此之外，聲測(cè)管安裝數(shù)量選取應(yīng)當(dāng)按照混凝土樁基直徑進(jìn)行確定，不同行業(yè)對(duì)于聲測(cè)管預(yù)埋數(shù)量有不同要求，如《公路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JTG/T 3512-2020）聲測(cè)管預(yù)埋數(shù)量要求：樁徑＜1000mm 時(shí)，應(yīng)埋設(shè)2 根管；當(dāng)樁徑≥1000mm 且≤1600mm 時(shí)，應(yīng)埋設(shè)3 根管；當(dāng)樁徑＞1600mm 且＜2500mm 時(shí)，應(yīng)埋設(shè)4 根管；當(dāng)樁徑≥2500mm 時(shí)，應(yīng)增加聲測(cè)管的數(shù)量。在施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況在滿足規(guī)范規(guī)定的前提下科學(xué)地布置聲測(cè)管。

5.2.4 注意事項(xiàng)

在對(duì)混凝土灌注樁進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的過(guò)程中，需要加大對(duì)以下幾點(diǎn)的關(guān)注，以此來(lái)提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（1）在埋設(shè)超聲波聲測(cè)管時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證每一根聲測(cè)管都保持平行、圍繞樁身對(duì)稱，并且超聲波探頭能夠在聲測(cè)管上下通暢活動(dòng)，以保證能夠檢測(cè)到完整的樁身。

（2）在建筑工程混凝土灌注樁澆筑、養(yǎng)護(hù)完成后，樁基已經(jīng)具備一定的強(qiáng)度，達(dá)到規(guī)定的齡期后，即可對(duì)混凝土樁基進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)前，需要將樁身鑿除到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高后進(jìn)行檢測(cè)。在鑿除過(guò)程中，要保護(hù)好樁身內(nèi)部的聲測(cè)管，避免渣滓落入聲測(cè)管內(nèi)部，導(dǎo)致超聲波探頭在聲測(cè)管內(nèi)不能靈活上下，影響檢測(cè)質(zhì)量。

（3）對(duì)超聲波的檢測(cè)儀所采集獲取波形的聲時(shí)參數(shù)進(jìn)行分析中，相關(guān)人員需要針對(duì)各聲波的頻率分量具體波形的幅度實(shí)施分析，查找出首波位置，特別是對(duì)同一樁身截面聲時(shí)參數(shù)明顯異常的數(shù)據(jù)點(diǎn)要重點(diǎn)關(guān)注分析，相關(guān)人員還要把儀器故障及采集漏波對(duì)檢測(cè)的精度影響進(jìn)行考慮，避免由于設(shè)備和采集原因?qū)е洛e(cuò)判和漏判，保證基樁檢測(cè)的精度與可靠度。

6 超聲波檢測(cè)技術(shù)的局限性

一般情況下，利用超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠有效地檢測(cè)出混凝土灌注樁當(dāng)中的結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷。但針對(duì)混凝土灌注樁的實(shí)際檢測(cè)而言，檢測(cè)結(jié)果僅能表現(xiàn)出兩根聲測(cè)管之間混凝土的結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于樁基底部的沉渣和樁底持力層情況無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)。因此，超聲波檢測(cè)技術(shù)在混凝土灌注樁檢測(cè)當(dāng)中存在一定的局限性，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中只能應(yīng)用于檢測(cè)樁基部分混凝土的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。如果對(duì)嵌巖樁等進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要結(jié)合低應(yīng)變反射檢測(cè)技術(shù)對(duì)樁底進(jìn)行檢測(cè)，之后根據(jù)實(shí)際檢測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)混凝土灌注樁的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，在一定程度上就彌補(bǔ)了超聲波檢測(cè)技術(shù)的局限性，能夠更精確地判斷其是否符合設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，采用超聲波透射法對(duì)混凝土灌注樁進(jìn)行檢測(cè)，利用波速、波幅、PSD 與基樁缺陷類型之間的關(guān)系判定樁身完整性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土灌注樁的缺陷，避免樁基缺陷引起沉降，發(fā)生結(jié)構(gòu)變形、坍塌等安全隱患。超聲波檢測(cè)混凝土灌注樁技術(shù)的應(yīng)用，保障了橋梁建筑工程的結(jié)構(gòu)安全及耐久性，為我國(guó)的建筑安全保駕護(hù)航。