陳偉強

（廣東惠和工程檢測有限公司，廣東 廣州 510000）

按照成樁方式不同，建筑樁基主要包括預(yù)制樁和灌注樁兩類，灌注樁的優(yōu)勢在于可承受負(fù)載大、施工對樁身危害小以及施工簡單易行、成本較低等，在當(dāng)前的建筑工程中占比較高。目前我國建筑工程年平均成樁量較高，隨之而來的建筑樁基問題也逐漸增多，進而暴露出一系列樁基問題。我國樁基缺陷率整體在10%～20%之間，考慮到影響樁基施工質(zhì)量的因素較多，面對常見的樁基沉降、離析、斷樁以及樁底沉渣等問題，工程人員必須借助專業(yè)的檢測技術(shù)，才能及時發(fā)展質(zhì)量隱患，避免上述問題的出現(xiàn)。因此，建筑工程人員必須提高對樁基檢測技術(shù)的重視，并以超聲波透射檢測技術(shù)為核心，不斷提升檢測質(zhì)量。

1 超聲波透射檢測技術(shù)原理、檢測標(biāo)準(zhǔn)

1.1 技術(shù)原理

當(dāng)建筑工程樁基使用的為灌注樁形式且樁基直徑≥0.8m時，檢測人員需采用超聲波透射檢測技術(shù)，可實現(xiàn)對樁基的無損測定。超聲波檢測技術(shù)需要借助發(fā)射換能器向外發(fā)送連續(xù)脈沖信號，同步進行的還有聲測管，其中會傳送耦合劑，其傳送路徑為 “樁身——樁接頭位置”，此即無損檢測的完整流程。在檢測時，也需要考慮無法傳播的情形，常見的有超聲波、橫波等無法在液體或空氣中傳播等，專業(yè)檢測人員會對超聲波能量進行分解，具體拆分為分量和縱波，并將上述超聲波能量經(jīng)由發(fā)射換能器，最終實現(xiàn)聲波信號與電信號的實時轉(zhuǎn)換。掌握基本信號后，檢測人員可了解樁基的整體情況，通過物理力學(xué)與介質(zhì)聲學(xué)之間的聯(lián)系，可進一步完成對混凝土的完整性檢測。此外，在檢測時還應(yīng)考慮聲波可能受到不同材料介質(zhì)的影響，做好實際情況調(diào)查，實現(xiàn)對特定區(qū)域內(nèi)聲波信息的傳送。

1.2 檢測標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 儀器標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇聲波發(fā)射和接收換能器，具體應(yīng)參照以下標(biāo)準(zhǔn)：一是圓柱狀徑向振動，同時確保沿徑向無指向性。按照小于聲測徑內(nèi)管的標(biāo)準(zhǔn)選擇外徑，確保有效工作段長度＜150mm。按照30～60kHz的范圍控制諧振頻率。對于水密性，則要按照l MPa水壓狀態(tài)下無滲水要求。若測距較大，則在選擇換能器時，應(yīng)帶有前置放大器。應(yīng)合理在聲波換能器部位配置扶正器，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)輔助作用，以控制檢測誤差。在選擇聲波檢測儀時，則要關(guān)注其是否能夠?qū)崟r顯現(xiàn)、記錄和接收信號過程曲線，同時要具備頻率測量，能夠分析頻譜。按照≥0.5s的要求控制聲時測量精密度，同時控制聲波幅值相對誤差，使其在＜5%的范圍內(nèi)。同時要按照1-200kHz以及＞100dB的要求分別控制系統(tǒng)頻帶寬度和系統(tǒng)最大動態(tài)范圍。應(yīng)選擇階躍式或矩形脈沖式的聲波發(fā)射脈沖，同時確保其電壓幅值在200～1000V范圍內(nèi)。

1.2.2 控制標(biāo)準(zhǔn)范圍

在超聲波透射檢測過程中，可能遇到檢測結(jié)果出現(xiàn)分歧的現(xiàn)象，此時，檢測人員要重新進行檢測和驗證，并確保在同一樁基中進行。要比對檢測結(jié)果和設(shè)計需求，當(dāng)二者偏差較大時，要增大抽檢樣本量，并在增加抽檢的過程中，使用原來的檢測方法，也可使用精度更高的檢測方法。在完成驗證檢測以及首次擴大抽檢后，檢測人員要依據(jù)得到的檢測結(jié)果，聯(lián)合檢測管理單位以及建設(shè)單位開展聯(lián)合檢測、勘察，嚴(yán)格控制檢測標(biāo)準(zhǔn)范圍，確保檢測結(jié)果可靠。

2 超聲波透射檢測技術(shù)應(yīng)用要點

2.1 檢測前的準(zhǔn)備工作

2.1.1 聲測管的選材、預(yù)埋和安裝

聲測管的選擇，選擇聲測管材料時，應(yīng)充分考慮施工現(xiàn)場環(huán)境，尤其是樁基所在的環(huán)境，提升聲測管與施工環(huán)境以及檢測工藝要求的適配度。聲測管選擇要遵循最嚴(yán)的把關(guān)要求，首先要在機械強度范圍內(nèi)分析聲測管和混凝土間的貼合度，應(yīng)避免二者之間出現(xiàn)間隙，同時要關(guān)注灌注樁混凝土的本身強度，在強度達(dá)標(biāo)的前提下，才能減少樁基變形情況的產(chǎn)生。同時要觀察灌注混凝土的粘結(jié)能力，選擇的聲測管也應(yīng)具備良好的粘結(jié)性，達(dá)到聲測管與混凝土之間的解密貼合狀態(tài)。此外，在選擇聲測管時，檢測人員還要考慮工藝要求，嚴(yán)格按照國家對聲測管參數(shù)的要求，秉持綠色節(jié)能理念，以管壁較薄的聲測管為首選，保證信號在聲測管內(nèi)的傳輸質(zhì)量。

聲測管的預(yù)埋，工程人員要提前進行現(xiàn)場勘察，了解檢測面大小，并據(jù)此確定聲測管在樁身橫截面上的布局，超聲檢測管的預(yù)埋要以樁徑大小為基礎(chǔ)，聲測管的埋設(shè)范圍為樁徑在0.6～0.8m的范圍內(nèi)應(yīng)埋設(shè)不少于2根，樁徑在1.0～1.6m范圍內(nèi)應(yīng)埋設(shè)不少于3根，樁徑大于1.6m時埋設(shè)不少于4根，樁徑大于2.5m時宜增加預(yù)埋聲測管數(shù)量。當(dāng)局部形式為正方形時，則要平行埋設(shè)聲測管。結(jié)合實際工程經(jīng)驗可知，埋設(shè)聲測管時可能受到鋼筋骨架剛度等的影響，進而產(chǎn)生一定誤差，因此要強化對鋼筋骨架剛度等的把控。此外，要考慮換能器是否能夠達(dá)到檢測部位，檢測人員應(yīng)提前埋設(shè)好一定數(shù)量的檢測管道，即要提前將聲測管預(yù)埋在灌注混凝土中，以達(dá)到良好的信號傳輸效果。

聲測管的安裝，完成聲測管預(yù)埋后要對聲測管進行安裝，工作人員要了解不同材質(zhì)聲測管的性能，評估其是否能夠與工程標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求相符，同時要觀察聲測管和鋼筋籠內(nèi)壁，確保二者緊密貼合，同時應(yīng)保證聲測管的固定方式無誤。具體安裝時，會使用到焊接技術(shù)，此時工程人員要選擇合理的焊接技術(shù)，確保聲測管焊接牢固。固定聲測管時，要針對材質(zhì)選擇不同的固定方式，應(yīng)在立筋上捆綁PVC材質(zhì)聲測管，而鋼制聲測管則要使用焊接的方式，達(dá)到與鋼筋牢固焊接的狀態(tài)。

2.1.2 現(xiàn)場準(zhǔn)備工作

進行樁基的檢測，需要做好充足的現(xiàn)場準(zhǔn)備工作，包括工程資料和現(xiàn)場實際踏勘等。同時對于現(xiàn)場的儀器設(shè)備要進行性能檢驗，具體應(yīng)對檢測儀器設(shè)備是否可正常運行、聲測管布設(shè)是否合理等進行檢驗。此外，還要在聲測管內(nèi)灌水，應(yīng)達(dá)到滿灌狀態(tài)，由此可達(dá)到檢測耦合劑的效果，據(jù)此可保證聲測管各項參數(shù)達(dá)到檢測要求。

2.2 明確檢測部位

2.2.1 樁內(nèi)單孔透射法

超聲波檢測需要預(yù)先留設(shè)出一條孔道，檢測人員應(yīng)在樁內(nèi)進行單孔透射鉆進取樣，基于此了解樁基周圍混凝土的布設(shè)情況，并在核實的孔位內(nèi)放置換能器，將換能器作為樁身孔內(nèi)部檢測的主要媒介設(shè)備，以實現(xiàn)鉆芯檢測，進而更好的收集樁內(nèi)信息。

2.2.2 樁外孔透射法

要在樁基上部進行樁外孔透射檢測，完成基礎(chǔ)操作后要觀察裝內(nèi)是否有側(cè)管殘留，同時還要進行鉆孔換能檢測。檢測人員需在樁身外側(cè)鉆孔，并將平面換能器放置在樁身前端，進一步對樁身工作參數(shù)的測定依據(jù)予以明確，并借助超聲波對樁身灌注作業(yè)情況進行檢測。判定樁身質(zhì)量時，要測定超聲波在土層中的衰減速率，據(jù)此對樁基質(zhì)量進行判定。樁外孔透射法的適用范圍常為短樁基，在其中應(yīng)用時，可對樁基中的夾層、斷樁等問題進行精準(zhǔn)判別，基于此，工程人員可及時予以補救。

2.2.3 樁內(nèi)跨孔透射法

對于規(guī)模較大的工程，可使用樁內(nèi)跨孔透射法，如橋梁工程、建筑工程等。此種方法的操作步驟為，首先在樁內(nèi)放置兩根以上聲測管，同時要將清水灌注進樁內(nèi)，確保灌滿，之后在瓶內(nèi)樁身聲測管內(nèi)放置換能器，以接收或發(fā)射關(guān)鍵信號，基于兩根聲測管可得到完整的信號，據(jù)此對樁基質(zhì)量進行檢測。

2.3 現(xiàn)場檢測步驟

2.3.1 主要檢測方法

某工程為棚戶區(qū)改造項目，該項目所處的地區(qū)原始地貌為沖海積一級階地，整體地質(zhì)平坦低洼，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，且?guī)r土層分布以及厚度、埋深等也有較為明顯的橫縱向的差異。基礎(chǔ)含水量高、承載力差，因而在施工時可能出現(xiàn)塌孔、縮徑等問題，工程人員據(jù)此選擇超聲波透射法進行樁基檢測，達(dá)到有效排查質(zhì)量隱患、明確質(zhì)量問題的目的。在具體檢測時，主要采用了以下方法。

1）樁基檢測技術(shù)，超聲波可在混凝土介質(zhì)中傳播，且由于混凝土介質(zhì)參數(shù)指標(biāo)的差異，超聲波在傳輸過程中會出現(xiàn)波幅衰減、頻率等聲學(xué)參數(shù)的變化，檢測人員可借助針對性的檢測技術(shù)對樁身完整性進行判定。當(dāng)利用超聲波透射法進行檢測時，超聲波在傳輸?shù)倪^程中，對遇到的斷裂、夾層、蜂窩等部位，會出現(xiàn)聲波參數(shù)的變化，因而檢測人員可根據(jù)上述參數(shù)變化以及采集到的波列圖、剖面曲線畸變現(xiàn)象等，對樁基的情況進行判定，進而采取措施加以處置。

2）傾斜測試法，此種測試方法主要針對的是樁內(nèi)跨孔透射檢測，在使用此方法時，檢測人員需要參照換能器的高度變化情況，據(jù)此選擇斜測和交叉斜測等具體的測量方法。檢測時，應(yīng)按照40cm/s的標(biāo)準(zhǔn)控制換能器的提升速度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部出現(xiàn)波形異常現(xiàn)象時，檢測人員則要借助相應(yīng)的方法如斜測法和扇形測法等進行進一步檢測，以判定混凝土樁基的缺陷問題和具體缺陷部位。執(zhí)行斜測時，檢測人員要處理好收換能器和發(fā)換能器之間的固定高差，按照≤30°的要求控制斜測角，并嚴(yán)格控制測量步距，使其≤100mm。在傾斜測試法下，檢測人員可實現(xiàn)對樁基缺陷位置和空間分布范圍的進一步精準(zhǔn)判定。

3）鉆芯檢測法，在建筑工程中，有部分樁基承擔(dān)著主要的荷載，對于此種樁基，在檢測時，可采用鉆芯法與超聲波透射相結(jié)合的檢測方法。具體可選擇XY-2B型鉆機，鉆探時則選擇金剛石鉆頭。檢測人員要提前測試鉆具，并控制好回次進尺，基于此進行鉆芯檢測。要認(rèn)真觀察混凝土芯樣的情況，同時分析芯樣的抗壓強度，并將其作為樁身完整性、樁底沉渣厚度等評定的具體參照。通過鉆芯取樣，可判定樁基的類別。以某工程為例，其在進行鉆芯檢測時，取樣范圍為2號 ～10號合格樁基，通過取樣可知，該范圍內(nèi)樁基芯樣狀態(tài)較好，具體表現(xiàn)為芯樣連續(xù)、完整、膠結(jié)好，且骨料呈均勻分布狀態(tài)，斷口處吻合度高等。檢測人員進而對芯樣進行了抗壓強度測驗，結(jié)果與工程要求相符，據(jù)此將樁基判定為I類樁。對不合格樁基進行取芯樣檢測可知，檢測結(jié)果為混凝土膠結(jié)差、內(nèi)部存在離析和夾泥現(xiàn)象等，樁身結(jié)構(gòu)承載力將受到上述不良構(gòu)造的影響，具體可將樁身判定為Ⅳ類不合格樁。由此可知，鉆芯取樣結(jié)合超聲波透射檢測法的檢測結(jié)構(gòu)更加精準(zhǔn)、具體，能夠得到量化的檢測指標(biāo)。

2.3.2 檢測數(shù)據(jù)判定、分析

1）波速、波幅、波形判定，波速是混凝土樁基質(zhì)量分析中一個重要的參考指標(biāo)，檢測人員需要按照國家、行業(yè)規(guī)范對波速進行分析和判斷，就目前而言，主要應(yīng)采用聲速臨界值法、概率法這兩種方法。概率法可計算各測點的聲速，進而對聲速臨界值加以掌握，測得的聲速將與臨界值聲速進行比較，當(dāng)?shù)陀谂R界值時，將判定為異常。聲速低限值法則需要做好預(yù)留，即對相同條件的試件進行預(yù)留，同時結(jié)合檢測人員的實際經(jīng)驗，科學(xué)確定聲速臨界值。

接收波波幅也是判定樁基質(zhì)量的重要參照，其對應(yīng)的是聲波穿透混凝土后能量的衰減值，實驗證明，接收波波幅強弱與混凝土粘聚性密切相關(guān)。在具體判定樁身混凝土質(zhì)量時，檢測人員需將接收波首波波幅作為基準(zhǔn)，因為后續(xù)波形會受到其他疊加波的影響，從而出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差。和聲速相比，接收波波幅對缺陷更加敏感，此外，檢測人員也要關(guān)注接收波的首波波幅，因其易受到其他情況的影響，包括耦合狀態(tài)、測距以及設(shè)備因素等，因此其在穩(wěn)定性方面還有待提升。

在判定樁基質(zhì)量時，也可將聲波波形作為輔助判定結(jié)果的主要手段，據(jù)此，檢測人員要觀察聲波的接收信號，時刻關(guān)注其是否出現(xiàn)畸變。在具體判斷時，應(yīng)結(jié)合樁基實際情況和聲波波形的特點，明確樁基的缺陷之處。與聲速有密切聯(lián)系的值有混凝土彈性性質(zhì)等，而對于波幅而言，其則與混凝土粘塑性關(guān)系更為緊密，因此，檢測人員要將聲速、波幅作為主要的判斷依據(jù)，對樁基質(zhì)量進行綜合判定，以全面反映樁基質(zhì)量。

2）檢測數(shù)據(jù)分析，①概率分析法。在檢測過程中，可能出現(xiàn)混凝土品質(zhì)浮動產(chǎn)生的正態(tài)分布，這種情況可能是由于隨機性產(chǎn)生的誤差，這種誤差是在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的。檢測人員可進行混凝土抗壓強度參數(shù)反復(fù)試驗，通過試驗結(jié)果可論證上述觀點，同時聲學(xué)參數(shù)值和混凝土強度值，二者有密切關(guān)聯(lián)，據(jù)此可推斷正態(tài)分布規(guī)律也能夠與正?；炷谅晫W(xué)參數(shù)規(guī)律相符。樁基混凝土質(zhì)量會受到多種因素的影響，在檢測問題區(qū)域時，混凝土強度參數(shù)值的分布可能與正態(tài)分布規(guī)律出現(xiàn)一定程度的偏離，因而據(jù)此可知，當(dāng)檢測結(jié)果不在正態(tài)分布范圍時，則相應(yīng)的檢測部位對應(yīng)的即問題區(qū)域；②PSD分析法。在判定樁基問題區(qū)域時，可借助聲時和波幅加以判斷，但為提升判斷精準(zhǔn)率，還需借助PSD分析法，需借助PSD曲線圖進行綜合判斷分析，同時斜率法用于輔助判斷依據(jù)，觀察PSD值時，當(dāng)其在某一測點周圍明顯變化時，則對應(yīng)的區(qū)域可能為問題區(qū)域。該判定方法的敏銳性較高，且能夠排除聲測管不平行引起的干擾，同時也可避免混凝土不均勻以及聲時變化等因素的干擾，檢測精準(zhǔn)度、可靠度更高；③聲場陰影重疊方式分析法。該方法具體是指，當(dāng)超聲脈沖束穿過樁體問題區(qū)域時，其進入問題區(qū)域背面時，將出現(xiàn)明顯的聲強降低現(xiàn)象，進而生成一個聲輻射陰影區(qū)。檢測人員可具體觀察該區(qū)域，接收信號在該區(qū)域內(nèi)波高會明顯降低，且聲時會增強，當(dāng)問題嚴(yán)重時，波形會出現(xiàn)突變現(xiàn)象。檢測時可能從2個方向同時檢測，此時可分別對陰影區(qū)域進行區(qū)分，二者會有邊界線交叉重疊區(qū)，該區(qū)域則可判定為問題區(qū)域。此外，檢測人員應(yīng)采用多測向疊加法進行檢測，依據(jù)多個測量結(jié)果進行疊加作圖，此時的交叉重疊區(qū)域則為更加精準(zhǔn)的問題區(qū)域。

3 結(jié)語

提升樁基穩(wěn)定性、可靠性的關(guān)鍵在于實施針對性的樁基檢測技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)和處置影響樁基質(zhì)量的問題。其中，超聲波透射檢測技術(shù)在樁基檢測中能夠發(fā)揮較大的效能，檢測人員應(yīng)當(dāng)掌握該檢測技術(shù)的原理、熟悉檢測標(biāo)準(zhǔn)，做好一系列檢測前的準(zhǔn)備工作。在現(xiàn)場檢測時，使用合適的檢測方法，并做好數(shù)據(jù)的分析和判定等，據(jù)此實現(xiàn)對樁基的無損檢測，在強大的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐下，實現(xiàn)對樁基質(zhì)量問題的有效預(yù)判和處置，不斷提高樁基施工質(zhì)量水平。