超聲波法在樁基檢測中的應用

1、 超聲波法在樁基檢測中的應用【摘要】本文結合工程實例系統(tǒng)地分析了混凝土灌注樁完整性檢測的超聲波透射法?！娟P鍵詞】聲波透射法；混凝土質量；聲學參數混凝土鉆孔灌注樁是橋梁常用的基礎形式之一，,由于樁基礎具有承載能力高、抗震性能好等優(yōu)點在工程中得到廣泛使用,它的作用在于穿過軟弱地層,把來自上部結構中的荷載傳遞到更密實、更堅硬、可壓縮性較小的土層或巖層,從而大大減少基礎的沉降。因而樁基的質量對整個結構物的安全性、適用性起著決定性作用。近年來，隨著我國公路上程建設的迅速發(fā)展，眾多的橋梁基礎上程大量采用樁基礎，樁基屬隱蔽工程，施工質量難以很好地控制,灌注樁的成樁過程大多是在地面以下或水下完成的,施工工序繁

2、多,質量控制難度大,極易產生斷樁、縮頸、擴頸、離析等缺陷。但樁基礎的質量直接關系到整個建筑物(構筑物)的安全，也關系到人民的生命、財產安全。因此加強樁基檢測意義重大。目前灌注樁完整性檢測的主要方法有反射波法、機械阻抗法、動力參數法以及超聲波透射法。超聲波無損檢測技術，具有技術相對簡單、被測對象范圍廣、能夠檢測的深度大、缺陷定位準確、檢測靈敏度高、成本低、使用方便、設備體積小、速度快、對人體無害及便于現場使用等優(yōu)點。超聲無損檢測技術是國內外應用最廣泛、使用頻度最高且發(fā)展較快的一種無損檢測技術，目前已廣泛應用于樁基礎質量檢測中。1 超聲波法的基本原理超聲波透射法檢測樁身結構完整性的基本原理是:由超

3、聲脈沖發(fā)射源向混凝土內發(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傳播過程中表現的波動特性；當混凝土內存在不連續(xù)或破損界面時,缺陷面形成波阻抗界面,波到達該界面時,產生波的透射和反射,使接收到的透射波能量明顯降低；當混凝土內存在松散、蜂窩、孔洞等嚴重缺陷時,將產生波的散射和繞射；根據波的初至到達時間和波的能量衰減特性、頻率變化及波形畸變程度等特征,可以獲得測區(qū)范圍內混凝土的密實度參數。測試記錄不同側面、不同高度上的超聲波特征,經過處理分析就能判別測區(qū)內混凝土存在缺陷的性質、大小及空間位置。由于混凝土是由多種材料組成的多相非勻質體,對于正常的混凝土,聲波在其中傳播的速度是有一定

4、范圍的,當傳播路徑遇到混凝土有缺陷時,如斷裂、裂縫、夾泥和密實度差異等,聲波要繞過缺陷或在傳播速度較慢的介質中通過,聲波將發(fā)生衰減,造成傳播時間延長,使聲時增大,計算聲速降低,波幅減小,波形畸變,利用超聲波在混凝土中傳播的這些聲學參數的變化,來分析判斷樁身混凝土質量。2 聲波投射測試方法聲波透射測試方法有平測法、斜測法和扇面測法三種，一般采用平測和斜測兩種方法。第一，平測法是將發(fā)射和接收兩換能器始終保持在同一標高上，進行測試，通過平測可知道缺陷在垂直方向上的區(qū)域大小和嚴重程度。第二，斜測法是發(fā)射和接收兩個換能器不在同一標高上，進行測試。第三，扇形測法即固定某一固定換能器，將另一換能器等間距移動

5、，兩換能器高程差不停變換，形能一扇面。其次，采用平測法時，容易將水平向（如樁橫截面方向）較大而豎向（如沿樁身方向）很小的缺陷給漏掉。再次，存在一定范圍的測試盲區(qū)，即只能測出聲測管之間一定范圍內砼是否有缺陷，不能準確測出樁身整個斷面是否有缺陷。3 檢測數據的分析與判定第一，聲速、波幅和主頻都是反映樁身質量的聲學參數測量值。大量實測經驗表明：聲速的變化規(guī)律性較強，在一定程度上反映了樁身混凝土的均勻性，而波幅的變化較靈敏，主頻在保持測試條件一致的前提下也有一定規(guī)律。其基本原理如下：在n次測量所得的數據中，去掉k個較小值，得到容量為（n-k)的樣本，取異常測點數據不可能出現的次數為1，則對于標準正態(tài)分

6、布假設，可得異常測點數據不可能出現的概率為：由()=1/(n-k)在標準正態(tài)分布表可得與不同的（n-k） 相對應的值，每次去掉樣本中的最小數據，計算剩余數據的平均值，標準差得對應的值。由式u0=um-sx計算異常判斷值并將樣本中當時的最小值與之比較；當仍為異常值時，繼續(xù)去掉最小值重復計算和比較，直至剩余數據中不存在異常值為止。此時，u0則為異常判斷的臨界在值u0。第二，波幅臨界值判據式為api4 常見問題或故障及處理4.1 檢測信號突然消失有兩種原因可產生該類現象:(1)聲測管內無水；(2)設備系統(tǒng)故障。檢查聲測管內是否有水，可在采樣狀態(tài)下，迅速往聲測管注水(以防聲測管破裂造成水大量外流)至現

7、象消除，否則，將換能器提出聲測管，平行靠近(5 cm左右)放在空氣中，采樣、觀察是否有接收波形，無接收波形，則設備系統(tǒng)故障。4.2 判斷設備系統(tǒng)的故障部位將故障的設備換上平面換能器，將平面換能器的輻射面平行相對，相距5 cm 左右，進行采樣，如波形正常，證明超聲儀正常，僅僅是徑向換能器故障。若判斷換能器故障時，接上徑向換能器，進行采樣，如發(fā)射換能器發(fā)出響聲、無接收波形，則接收換能器故障；如發(fā)射換能器無響聲，僅將發(fā)射換能器更換成平面換能器，將平面換能器的輻射面對準徑向換能器的輻射體(中間部位)，進行采樣，如有波形，則接收換能器完好、發(fā)射換能器故障，否則，收、發(fā)徑向換能器均有故障。4.3 發(fā)射正常

8、、接收時好時壞換能器剛下水測試時波形正常，一會兒波形逐漸異常，甚至無接收波形，提出聲測管后波形正常，或提出聲測管、待換能器干燥后波形正常。該現象是由于換能器信號線破損漏水、水密性喪失、遇水壓大時滲透到換能器主體造成，換能器故障，修復較為困難。4.4 樁頭最后一測點聲速、幅度急劇下降某此樁在樁頭部位的最后一個或幾個測點的聲參量急劇下降，而樁頭部位混凝上表現良好。該現象可能是使用機械設備剔除樁頭時，引起聲測管與混凝上脫離(產生間隙)或者混凝上局部破損(產生裂隙)而造成，可在聲測管外壁或樁頭混凝上澆清水，該現象好轉。5 結語隨著國家檢測技術的發(fā)展,樁基將得到更廣泛的應用。如何提高樁基檢測數據和評價結果的準確性和可靠性,是工程界面臨的問題。展望聲波透射法基樁檢測的前景,建議從以下幾方面考慮:第一，現階段對基樁樁身完整性的評判采用波速、波幅、頻率等單一的指標或者簡單的兩種指標的組合作為判斷方法,沒有考慮這幾個指標的綜合作用對基樁質量評判的結果。第二，聲波透射法基樁檢測要求預埋聲測管使得聲測管對基樁缺陷進行處理成為可能,使聲波透射法基樁檢測更為經濟可靠。第三，現階段對樁基礎的無損檢測結果判