吳秀娟

（廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心，廣東 廣州 510000）

超聲波透射法可通過(guò)聲波的有效傳輸，透過(guò)樁基的建筑材料進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)傳遞，將聲波傳輸所形成的關(guān)鍵信息反饋給工作人員進(jìn)而了解更多內(nèi)容。此方式便于了解建筑材料的穩(wěn)定性和堅(jiān)韌程度，利用聲波頻率和速度真實(shí)呈現(xiàn)出材料結(jié)構(gòu)，一方面可以查看建筑完整程度，另一方面，可以發(fā)現(xiàn)樁基結(jié)構(gòu)存在的不足。

1 超聲波透射法樁基檢測(cè)的應(yīng)用概述

1.1 檢測(cè)方法

選擇超聲波透射法進(jìn)行樁基檢測(cè)，需將超聲波脈沖發(fā)射換能器和接收換能器提前放在樁基內(nèi)部事先準(zhǔn)備好的聲測(cè)管中，通過(guò)在聲測(cè)管中注入清水進(jìn)而實(shí)現(xiàn)換能器和聲測(cè)管的耦合，最終達(dá)到檢測(cè)樁基的目的。使用發(fā)射器和接收換能器實(shí)現(xiàn)水平同步測(cè)量，分別采集各測(cè)試點(diǎn)聲時(shí)、波幅等重要物理量。

1.2 檢測(cè)原理

在連續(xù)性比較好無(wú)缺陷混凝土建筑中超聲波以直線的形式進(jìn)行傳播，若混凝土存在缺陷超聲波接觸到缺陷位置就會(huì)出現(xiàn)反射、折射和環(huán)繞等現(xiàn)象，造成其能量逐漸減弱、頻率降低、波頻譜產(chǎn)生差異、波形出現(xiàn)畸變，接收的聲波參數(shù)發(fā)生明顯的變化。根據(jù)對(duì)波速、波幅、頻率變化的分析，可初步推斷出混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)缺陷的性質(zhì)、位置和面積，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁身混凝土總體均勻程度的判斷。

1.3 檢測(cè)參數(shù)

聲速測(cè)試值比較穩(wěn)定、存在重復(fù)性不容易受到非缺陷因素的影響，是判斷混凝土質(zhì)量的主要參數(shù)，但是，其對(duì)缺陷的敏感程度不如波幅大，聲速大小還能反映出砼強(qiáng)度的高低，影響砼超聲波聲速的影響因素比較多，包括品種、質(zhì)量、砂率等等，目前聲速僅僅作為樁基強(qiáng)度的估測(cè)參考。

研究對(duì)象為接收波的波幅，就是波的第一個(gè)前半周期又稱(chēng)為首播波幅。通常情況下，發(fā)射波強(qiáng)度比較穩(wěn)定時(shí)，超聲波傳播的情況可以被波幅測(cè)值直接反映出來(lái)，遇見(jiàn)缺陷時(shí)變化比較明顯可作為聲速判斷的補(bǔ)充，也是進(jìn)行綜合判定的主要參考之一。通常情況下，波幅比較容易受到一些非缺陷因素的影響，不可以?xún)H憑波幅的變化情況對(duì)其進(jìn)行判斷。

波形就是波的圖像，其作為評(píng)判砼質(zhì)量的要素對(duì)缺陷比較敏感（尤其前兩個(gè)周期的波形變化）是實(shí)施綜合判定的重要因素，但其一定程度上容易受到非缺陷因素的影響只能作為輔助參考條件，在某個(gè)測(cè)點(diǎn)處psd數(shù)值出現(xiàn)變化時(shí)需根據(jù)該測(cè)試點(diǎn)附近的波幅檢測(cè)對(duì)其進(jìn)行分析。

主頻變化主要反映出超聲波在混凝土中遇見(jiàn)缺陷部位而發(fā)生的衰退，間接反映出混凝土當(dāng)時(shí)的質(zhì)量是判斷砼質(zhì)量的重要參考。

2 超聲波透射法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

超聲波透射法依照超聲波換能器的通道在樁基內(nèi)不同的常見(jiàn)設(shè)置形式有以下三種。

2.1 樁基內(nèi)單孔透射法

只有一個(gè)孔道時(shí)進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，若一項(xiàng)工程完成鉆孔取芯后需要明確周?chē)炷恋馁|(zhì)量，此時(shí)，單孔檢測(cè)法就是鉆芯檢測(cè)的補(bǔ)充方式。采取單孔檢測(cè)可以將一個(gè)換能器擺放在孔內(nèi)，隨即采取專(zhuān)門(mén)的雙收式換能器或者使用隔聲材料對(duì)其進(jìn)行隔離。

超聲波從開(kāi)始發(fā)射換能器后經(jīng)過(guò)耦合水進(jìn)入混凝土表面或者孔內(nèi)部，在混凝土上滑行一定距離后，再次經(jīng)過(guò)耦合水進(jìn)而路過(guò)兩個(gè)換能器，就能測(cè)量出超聲波平沿著孔壁進(jìn)行傳播時(shí)的各類(lèi)數(shù)據(jù)參數(shù)。使用此方式還需注意使用信號(hào)分析技術(shù)盡量將測(cè)量?jī)?nèi)壁的干擾因素排除，鋼管會(huì)影響聲波在孔壁混凝土中的繞行方式，如果孔道中有鋼管等材料，就不可以使用此方式。

2.2 樁基樁外孔透射法

進(jìn)行樁基內(nèi)部不具備轉(zhuǎn)換器的通道或者之上部分的施工時(shí)，施工人員可以把基樁外部的土層鉆孔當(dāng)作檢測(cè)通道。實(shí)施檢測(cè)的過(guò)程中，需在樁頂部平面放置一個(gè)發(fā)射功率比較大的轉(zhuǎn)化器，此時(shí)接收轉(zhuǎn)化器就能從樁外的孔中由上而下緩慢放下來(lái)，超聲波沿著樁身的混凝土向下傳播的過(guò)程中會(huì)穿過(guò)孔和樁基中間的層次面，隨后經(jīng)過(guò)孔中的耦合水來(lái)到接收轉(zhuǎn)化器中，完成此過(guò)程就可以基本測(cè)出超聲波的聲學(xué)參數(shù)值并根據(jù)發(fā)出的信號(hào)判斷樁基的原本質(zhì)量。但是，此方式測(cè)量樁基長(zhǎng)度時(shí)存在一定的限制，超聲波一般情況下在土壤中的衰弱得很快，其只能大概判斷出夾層、斷樁和局部界面縮短的情況。

2.3 樁基內(nèi)跨孔透射法

樁身質(zhì)量檢測(cè)的主要形式包含樁內(nèi)跨孔透射法，在樁內(nèi)頸上安裝兩根以上的聲測(cè)管后裝滿清水，把具有發(fā)生和接收兩種功能的換能器放在其中。樁基檢測(cè)時(shí)使用透射法超聲波從發(fā)射換能器開(kāi)始，連續(xù)穿過(guò)兩個(gè)聲測(cè)管之間的混凝土就會(huì)被相應(yīng)的接收器接收，脈沖聲波從發(fā)射換能器回到接收換能器所輻射到的面積就是得到實(shí)際的有效檢測(cè)范圍。此外，跨孔檢測(cè)法可以根據(jù)兩個(gè)換能器之間的高度差異而劃分為扇形掃描檢測(cè)、平面掃描檢測(cè)和交叉傾斜檢測(cè)等方式。結(jié)合樁基的實(shí)際情況選擇不同高度測(cè)試方式，依據(jù)聲學(xué)參數(shù)值及波形圖的變化進(jìn)行樁身混凝土強(qiáng)度和質(zhì)量的判斷，以靈活的形式促使工程完成得更好。

3 超聲波檢測(cè)選材和聲測(cè)管預(yù)埋工作

預(yù)先掩埋一部分檢測(cè)通道可使換能器更快地到達(dá)需要檢測(cè)的位置，使用超聲波進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程需在混凝土灌注之前開(kāi)始預(yù)埋聲測(cè)管，隨著混凝土的變化該設(shè)備就會(huì)成為樁基的一個(gè)組成部分，同時(shí)因其也是傳聲通道的組成部分，一定程度上會(huì)對(duì)接收到的信息形成影響。并且在樁面和橫截面的不同所以對(duì)監(jiān)測(cè)面積和探頭提拉都會(huì)造成影響，影響測(cè)試的方法和方式與對(duì)信號(hào)的分析判斷的關(guān)鍵因素就是聲測(cè)管的預(yù)埋位置是否理想，還需對(duì)聲測(cè)管的材料保持嚴(yán)格的要求。

3.1 選擇材料

首先，選擇材料時(shí)，應(yīng)檢測(cè)其是否可以和混凝土發(fā)生黏連。當(dāng)聲測(cè)管在混凝土之間時(shí)不出現(xiàn)縫隙，不對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響即可。其次，時(shí)刻保持良好的機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)歷混凝土澆灌時(shí)不能出現(xiàn)任何變化。最后，結(jié)合上述需求選擇適應(yīng)的材料。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)后采取鋼管，同時(shí)對(duì)鋼管做出下述規(guī)定，如果樁身長(zhǎng)度比15m短，需選擇具有金屬波紋管或者硬度比較高的PVC管材，節(jié)省不必要的費(fèi)用。聲測(cè)管管壁的厚度對(duì)超聲波的影響比較小，所以不需特意對(duì)其進(jìn)行要求，若站在節(jié)省資源的角度上而言，聲測(cè)管的內(nèi)部直徑應(yīng)大于換能器外徑（約1.5公分）即可，管壁可以承受澆灌壓力，即可不需要過(guò)于厚重。

3.2 安裝方式

聲測(cè)管需要在鋼筋內(nèi)側(cè)固定，PVC管應(yīng)在1m外設(shè)置一個(gè)固定點(diǎn)將其穩(wěn)定固定在鋼筋架上，鋼管則需要每2m設(shè)置一個(gè)固定點(diǎn)將其直接進(jìn)行焊接。若此位置不具備鋼筋籠需先將聲測(cè)管焊死，之后掩埋在樁基的底部并使用鋼筋支架固定，樁頂表面聲測(cè)管上半部分需要比平高高出3～5公分。樁的上部可用木樁或者螺紋蓋封閉聲測(cè)管的管口，全面防止其他物質(zhì)掉入管中，相關(guān)樁的聲測(cè)管裸露高度應(yīng)保持一致。

需按照樁徑大小進(jìn)行聲測(cè)管的預(yù)埋，結(jié)合公路樁基動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)定，樁徑的大小不超過(guò)150公分時(shí)應(yīng)埋3根管；樁徑大小超過(guò)150公分需要埋4根管。結(jié)合建筑樁基檢測(cè)規(guī)定，樁徑小于等于80公分時(shí)不應(yīng)少于2根聲測(cè)管；樁徑大于80公分小于160公分時(shí)不應(yīng)少于3根聲測(cè)管；樁徑大于160公分時(shí)不應(yīng)少于4根聲測(cè)管；當(dāng)樁徑大于250公分時(shí)應(yīng)增加預(yù)埋聲測(cè)管的數(shù)量，聲測(cè)管應(yīng)根據(jù)樁面呈對(duì)稱(chēng)分布。聲測(cè)管之間需要始終保持平衡狀態(tài)，但是，鋼筋骨架存在一些外部原因會(huì)導(dǎo)致一些誤差的形成，還需對(duì)其進(jìn)行充分控制。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用超聲波透射法可直觀地判斷出樁身發(fā)生缺陷的大概位置，解決了實(shí)際問(wèn)題并取得很好的應(yīng)用效果，因此該方法在建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合該技術(shù)快捷和沒(méi)有損失的優(yōu)勢(shì)，可以看出未來(lái)具有廣闊的應(yīng)用前景，為滿足未來(lái)的實(shí)際需求，還需要對(duì)超聲波透射法進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和完善。