聲波透射法在混凝土鉆孔灌注樁檢測中的應用

王 磊

聲波透射法在混凝土鉆孔灌注樁檢測中的應用

王 磊

鉆孔灌注樁基礎在道路橋梁工程中應用比較廣泛，施工工藝及技術發展也比較成熟。但因其屬隱蔽工程，質量控制難度大，成樁質量受施工工藝、地質條件等因素的影響，不可避免地容易出現如縮徑、夾泥、孔洞、離析，甚至斷樁的各種形態缺陷。因此，成樁后的質量檢測就顯得尤為重要。目前，鉆孔灌注樁成樁后的質量檢測規范有低應變檢測，高應變檢測，靜載荷試驗以及超聲波檢測等，前三者在工程實踐中已得到廣泛應用。

一、超聲波檢測鉆孔灌注樁簡介

根據規范與樁直徑要求，在鉆孔灌注樁中預埋若干要互相平行的超聲波檢測導管。檢測前先將導管注滿清水，再將發射探頭和接收探頭分別放入兩根導管底端，發射探頭和接收探頭在同一高度，超聲波檢測儀產生重復的電脈沖來激勵發射探頭（發射換能器），發射探頭將電脈沖能量轉化為機械振動能量，接收探頭將機械振動能量轉化為電振動能量。發射探頭發出的超聲波經耦合而進入混凝土，在混凝土中傳播后為接收探頭接收并轉換成電信號傳送至接收儀，經過放大后顯示在波屏上，可以測讀傳播聲時和首波波幅，根據兩根導管的距離可計算出混凝土的聲速，進而得到聲速及波幅與樁身深度的關系曲線，通過曲線可以判斷樁身混凝土均勻性，缺陷部位及缺陷性質。

二、測前準備工作

1.對聲測管管材的要求

目前常用的聲測管有鋼管、鋼質波紋管、塑料管三種。在使用上各有優缺點，無論哪種材料，都要有足夠的強度和剛度，保證在混凝土灌注過程中不變形、不破損，同時又要有較大的透射率。鋼管的優點是便于安裝、剛度大，埋置后可基本保持其平行度和平直度等，目前許多大直徑灌注樁均采用該種材料，缺點是價格較貴。鋼質波紋管具有管壁薄、省鋼材和抗滲、耐壓、強度高、操作輕便等優點，但因柔性較大，安裝時需注意保持其軸線的平行。塑料管的聲阻抗率較低，具有較大的聲透率，但因塑料的熱膨脹系數與混凝土相差懸殊，混凝土凝結后塑料管因溫度下降而產生徑向和縱向收縮，有可能使之與混凝土局部脫開而造成空氣或水的夾縫，在聲路徑上會增加更多反射強烈的界面，容易造成誤判。因此通常用于較小樁徑。

2.聲測管的埋設要求

聲測管埋設時，必須保證各聲測管之間互相平行，探頭能在管內順利暢通的提升或下降，埋設根數根據設計及有關規范進行。當樁徑不大于0.8m時埋設2根管，樁徑在0.8~2.0m時應不少于3根管，樁徑大于2.0m時應不少于4根。

3.聲測管的綁扎與埋設

（1）聲測管一般用焊接或綁扎的方式固定在鋼筋籠的內側，在成孔后、灌注混凝土之前隨鋼筋籠一起放置于樁孔中，聲測管應一直埋到樁底，如果受檢樁不是通常配筋，則在無鋼筋籠處的聲測管間設加強箍，以保證聲測管的平行度。如果聲測管管壁薄，當采用焊接固定時，在焊接時容易導致聲測管焊透，管內出現凸起，換能器要么放不到底，要么往下放時不能憑借重力落下去卻不能順利拉起來，建議每隔3m粗鉛絲綁扎一道，只在管口接頭處與主筋進行焊接。

（2）聲測管內徑以50~60mm為宜，導管底部必須應用鋼板或者用套管封住，上端加蓋，管內無異物，管口應高出樁頂10mm以上，且各聲測管管口高度宜一致。有的施工人員圖省事將底部砸扁焊一道，這樣也極有可能導致換能器提不起來。

（3）一個標段內聲測管最好采用同種材料統一型號的鋼管，便于扣除零聲時中的誤差。

聲測管的連接和埋設質量是保證現場檢測工作順利進行的關鍵，也是決定檢測數據的可靠性及試驗成敗的關鍵環節，應引起高度重視。樁身內部混凝土波速均以該距離除以兩管間的聲時得出，如果樁身內部某一段聲測管向樁身內部彎曲，其波速就會偏大，反之則偏小，兩種情況統計的均勻性都會導致其等級偏差。

4.聲測管的布置

對于樁直徑為800mm的鉆孔灌注樁，2根聲測管最好沿直徑方向布置，因為在澆混凝土時，混凝土是沿導管均勻向四周流淌，導管與樁從理論上講是兩個同心圓的關系，那么在任一直徑上所測混凝土質量基本可以代表該截面混凝土的質量。在實際測試中，通過聲測對某一段有缺陷的混凝土樁再用低應變測試，二者確實互相印證，這說明通過聲測基本可以判定樁身混凝土的某些缺陷。

5.破樁頭后聲測管的保護

破樁頭時聲測管必須細心保護，如果風鎬將聲測管鉆破導致里面凸起，切割聲測管后不用任何東西堵住管口而導致破碎的混凝土掉進聲測管內，都會使探頭不能順利放到管底，從而影響聲測工作的正常進行，所以施工人員在破除樁頭時要特別小心，并采取相應措施。

三、檢測工作

1.檢測儀器

檢測儀器一般由數據采集系統，一對換能器（發射與接收，接收換能器應附帶放大器）組成。換能器（俗稱發射探頭及接收探頭）的生產廠家較多，一般都比較可靠。購買后必須進行率定，波形清楚、聲時準確方可投入使用。在檢測過程中，除了考慮換能器的精度要求外，還要根據測距大小和混凝土質量的好壞來選擇合適頻率的換能器。低頻聲波衰減慢，在介質中傳播遠，但對缺陷的敏感性和分辨力低；高頻聲波衰減快，在介質中傳播距離短，但對缺陷的敏感性和分辨力高。一般在保證具有一定接收信號幅度的前提下，盡量使用較高頻率的換能器，以提高聲波對小缺陷的敏感性。

2.檢測前儀器的準備

檢測儀器連同換能器必須每年送有關法定計量單位進行鑒定，鑒定合格后方可使用。

鑒定后在具體檢測工作前，必須確定系統的零聲時。確定方法有兩種，一是按規范進行公式計算，二是進行現場率定，在此簡單介紹下后種方法?？扇‖F場切割下來的兩根聲測管，注滿清水緊靠在一起置于水池中，按正常檢測程序測量聲時，測3個數據取平均值作為零聲時。這種方法的好處是將儀器本身的系統誤差（廠方給定）包括在內，一個工程標段如果聲測管是同一型號的則不用更改。

在檢測前要求施工單位配合將聲測管管口焊割齊平，兩管管口基本等高，大約在破除好的樁頂之上10cm。管口焊渣清理干凈，灌滿清水，聲波檢測儀可使用內置電源，也可以使用交流電源，但要保證交流電穩定以免儀器受損。

3.現場檢測工作

現場工作由兩部分組成，一是檢測數據的采集，二是換能器的升降（俗稱拉繩），二者配合進行。

先用直尺量測2根聲測管的外徑距離（靠樁中心一側），精確至cm，報給數據采集人員，輸入檢測參數“測距”。正式檢測前，用假探頭（檢測用探頭直徑，重量大致相同）試放，檢查換能器是否能在聲測管內自由升降，確信聲測管暢通后方可進行正式檢測。

接受換能器通過放大器與聲波檢測儀連接好，打開儀器電源開關，設置參數后開始正式測試工作，先將兩換能器放至聲測管底部，由下而上每隔20~40cm測一點，將采集狀態置于“采樣”，示意拉線人員拉起換能器，這樣做的好處是可以看到動態的波形變化，直至一根樁檢測結束。測完后，分析查看是否有異常測點（如波速、波幅過低），若有應進行復測。

4.檢測后數據處理

現場工作完成后，應將圖形打印出來，并將數據傳輸至電腦保存，檢測結果通過檢報的形勢報給有關單位，儀器也應妥善保管，注意防水防曬。

5.檢測過程中常見問題及處理方法

（1）探頭卡住

當卡住不太嚴重時，拉住電纜線輕輕上下抖動，等探頭松動即可拉出來?；蛘哂昧硪粋€探頭輕放至卡住位置，提起往下輕輕沖擊，待探頭松動即可拉出來。有時這兩個辦法都不奏效，可試用8mm的鋼筋焊接連起來往下捅，直至探頭松動即可拉出來。

（2）沒有波形

檢查是否斷電或電纜線被壓住。若聲時很大，該位置可能出現夾泥、離析等，其聲波傳播時間會大大增加。這時根據情況調節測值，直至出現波形為止。

（3）換能器故障

換能器碰撞聲測管內壁或其他硬物導致裂痕進水。

（4）放大器出現故障

將兩探頭拉出來，放在水中進行采樣，如果沒有波形出來，基本判斷為放大器故障。

（5）數據采集儀器出現故障

拿到室內，用平面換能器（不用放大器）檢測，如正常說明儀器正常，反之儀器出現故障。

聲波透身法是混凝土灌注樁完整性無損檢測的主要方法，可以詳細查明樁身內部混凝土質量的變化情況，具有較高的準確度和分辨率，不受樁長、樁徑尺寸限制等優點，為混凝土缺陷引起樁身質量事故的處理提供可靠的依據。當然，對于樁身完整性的判斷，還應結合施工地質情況、施工工藝狀況等因素綜合考慮，這樣才能得出更加接近實際情況的判定結論

安徽省阜陽市建設工程質量檢測站 236029）