聲波透射法在基樁檢測中的影響因素

邱麗章

摘 要：該文簡要介紹了聲波透射法的原理及測試方法，結合現場檢測過程中出現的問題探討聲波透射法在基樁完整性檢測中應注意的幾個問題，以供參考。

關鍵詞：基樁檢測 聲波透射法 缺陷 注意問題

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-0-02

樁基礎是一種重要的基礎形式，其具有抗地震性能好、沉降量小、承載力高等優點，在橋梁工程中得到廣泛應用。但受施工條件、工藝特點和管理水平等因素的影響，基樁容易產生缺陷，存在質量隱患。因此，有必要對基樁的施工質量進行檢測，以排除隱患。

隨著現代工業和科學技術的發展，無損檢測技術的發展也日趨成熟，已受到各個工業領域和科學研究部門的重視?；鶚兜穆暡ㄍ干浞z測在工程質量控制中是比較重要的方法，超聲檢測儀作為它的輔助設備，可以得到三個與混凝土性質密切相關的聲學參量，包括：聲時、波幅和波形，然后再對這些聲學參量進行分析，從中得出混凝土灌注樁的樁身質量情況。

1 基本原理

由超聲脈沖發射源在混凝土內激發高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統記錄該脈沖波在混凝土內傳播過程中表現的波動特征。根據波的初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，在測區范圍內得出混凝土的密實度參數。當混凝土無缺陷時，混凝土是連續體，超聲波在其中正常傳播，接收系統接收到的聲時、波幅和波形均勻、正常。當混凝土內存在缺陷時，其連續性就會中斷，在缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產生波的透射、反射以及缺陷對波的吸收衰減，接收到的透射能量就會明顯降低；當混凝土內存在嚴重缺陷時，如蜂窩、孔洞、不粘稠等，將產生波的散射和繞射，接收到的聲時、波幅將明顯降低，波形嚴重畸變甚至丟波。聲波透射法檢測樁身質量，即通過測試記錄不同測面、不同高度上的超聲聲學參量，經過處理分析就能判斷樁身的完整性。

2 測試方法

聲波透射測試方法主要有三種：平測法、斜測法和扇面。

（1）將發射和接收兩換能器始終保持在同一標高上進行測試稱之為評測法，這種方法可以了解缺陷在樁長方向上的范圍大小和損壞程度，但缺陷在樁身水平方向上的大致位置是不能被確定出來的。

（2）斜測法是指在發射和接收兩個換能器之間采用固定的高差進行測試。一般而言，高差越大，缺陷在水平方向的范圍越精確，但是，各種干擾信號就非常強，測試信號比較弱，非常容易出現誤判的情況。因此，在測試時，為保證較好的信號，發射、接收換能器中心連線與水平面的夾角一般取30～40 °，不能太大。斜測法常作為平測法的補充測試方法，一個測線通常需要測兩次，即第一次發射換能器比接收換能器標高，第二次使發射換能器比接收換能器標高低，但高差絕對值保持一致。通過這種方法，可以大致確定缺陷在水平方向上的范圍。

（3）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，兩換能器高程差不停變換，形成一扇面。相比斜測法來說，該方法操作復雜且數據處理比較麻煩，一般只在樁存在嚴重缺陷的時候采用該方法。

聲波透射測試方法能準確判斷缺陷在樁長方向上具體部位，在水平方向上的大致范圍等優點，但是也存在著不足。

（1）不能判斷樁底持力層質量情況。

（2）采用平測法時，容易將水平向范圍較大而樁長方向很小的缺陷給漏掉，當缺陷在樁長方向的范圍小于上下兩聲測線之間的距離時，該缺陷就有可能被漏掉。

（3）存在一定范圍的測試盲區，對整個樁身是否有缺陷是檢測不出來的，只能測出聲測管之間一定范圍內混凝土是否有缺陷。例如樁周局部是否存在縮徑、擴頸等缺陷，樁中心是否有較小缺陷。

3 聲波透射法檢測的影響因素

在基樁的聲波透射法檢測的過程中，為準確獲取超聲波在混凝土中傳播的三個聲學參量，并以之判定基樁的樁身質量，檢測人員除了要掌握扎實的理論基礎知識和熟練的檢測操作技術外，還應該了解影響三個聲學參量測量的有關因素，這樣就可以在檢測和數據分析處理中，把這些影響因素順便排除掉。

（1）聲測管的影響，某高速公路聲波透射法檢測時發現，大量樁在樁頂以下6 m范圍內聲時、波幅、波形嚴重異常，按正常的施工水平判斷出現大范圍缺陷的可能性不大。經多方查找原因，后來發現聲測管內有較厚油污，經了解該批聲測管進貨時廠家在管內涂防銹油過多，灌水后油在聲測管上部積聚，嚴重干擾聲波檢測。后要求施工單位采用鋼筋前端綁扎布對聲測管進行清管處理，并重新置換干凈清水后復測，結果聲時、波幅、波形均正常。

另外有時基樁成樁后由于各種原因沒能及時進行檢測，導致聲測管銹蝕嚴重，鐵銹對聲波透射法的聲時、波幅、波形均有嚴重干擾，甚至無法接收到波形。此時亦應先對聲測管進行清管處理后方可進行正常檢測。

（2）聲測管管接頭的影響，中長樁通常要幾節管子才能連接起來，通長到樁底，兩管之間接頭有采用短管節套焊接而成的，也有采用螺紋連接的。不論采用何種連接方法，進行超聲檢測時，若換能器正好處在兩管接頭之處時，有可能會造成聲時增大，即聲速降低，首波波幅明顯下降的現象。因此在分析檢測數據時，若深度一波速、深度一波幅曲線上出現有規律等間距的突變時，應考慮是否是管接頭的影響，可根據聲測管安裝的施工記錄輔助判斷。

（3）聲測管彎曲的影響，聲測管彎曲導致測距增大或減小，使正?；炷恋穆晻r有可能超判據，此時應結合波幅與波形進行綜合分析，一般情況下聲波穿過的仍是均勻的混凝土，聲測管彎曲對對波幅影響不大，波形仍保持正常，此時不應判為缺陷。但當聲測管嚴重彎曲時，測距越來越小，缺陷處的聲時有可能比測距較大處的聲時小得多，在此處測線有可能不會超標，但仍需判為缺陷。因此在檢測過程中不能根據某單一指標來作出判斷，而應綜合各個指標來分析是否有缺陷以及缺陷的范圍和程度。

（4）泥槳比重過大的影響，當泥漿比重過大時，在聲測管周圍局部會附著一薄層泥皮，兩聲測管之間發射換能器發射的聲波將穿過泥皮，聲波通過低聲速介質，當泥皮較薄時，對聲速影響不顯著；當泥皮較厚時，將使聲速嚴重降低、首波波幅大幅下降、波形畸變嚴重，聲波現象就不能完全的展現出來。一般情況下，當某根聲測管外包有泥皮時，與該聲測管有關的剖面相應部位處聲學參數均有異常，通過斜測法就可以判斷泥皮的影響范圍。

（5）藕合劑的影響，在樁基超聲波透射法檢測過程中，經常會在聲測管中注入清水作藕合劑，而這種方法在運用到實際施工時，一些施工單位或貪圖方便、或對檢測方法不甚了解，在聲測管中隨意注入泥水或污水，放置一段時間后，泥水發生沉淀，可能出現探頭通不到管底，或者影響樁底聲波信號，出現假缺陷，導致誤判。實踐表明，泥水中含砂率越高，對樁底聲測信號的影響越大；純泥漿對聲測信號基本無影響；污水則會影響超聲波的傳播及接收。在某橋樁直接注入受污染的水作聲測管藕合劑，檢測結果發現成批樁樁頂以下約2 m范圍內無聲波信號，疑似樁頂嚴重缺陷，但現場已鑿除的樁頭混凝土完整密實，故懷疑聲測管中的水有問題，當用清水置換管中污水之后復測，結果顯示該批樁樁頂質量均無異常，屬于合格樁。

（6）樁身混凝土局部細小氣泡的影響，當樁身混凝土局部氣泡含量較大時，雖然氣泡尺寸較小，對聲波的傳播路徑影響不大，但由于空氣的存在，對聲波造成強烈的吸收衰減，導致聲時基本正常，聲幅超判據的情況。

（7）樁底沉渣的影響，當超聲檢測到樁底時，如果樁低沉渣太厚，就會出現樁底聲速和首波幅度急劇下降的情況，此時聲速在2.0 km/s以下。

（8）檢測探頭的影響，用不同的換能器進行測量，得到的首波波幅值差距也比較大。因此，不能生硬的比較不同探頭檢測的首波波幅，應作合理的分析。

（9）混凝土齡期的影響，混凝土聲速隨齡期的增加而上升。但在硬化初期，聲速很低，與泥砂夾層難以區別，而且在硬化初期，混凝土對聲能的吸收衰減較大，信號強度較低，所以應待混凝土齡期達到規范要求后，再進行聲波透射法檢測。

4 結語

聲波透射法是一種檢測基樁混凝土質量行之有效的方法，其檢測方法簡便、成果反映直觀、檢測精度高。在檢測時，對有缺陷的樁應持慎重的態度，要綜合考慮各方面的影響因素，不要漏判缺陷，也不要夸大缺陷的嚴重程度，要分析各聲學參量發生變化的原因，科學準確地評價基樁混凝土質量。

參考文獻

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