淺談橋梁樁基礎(chǔ)聲波透射法檢測技術(shù)

1、<p>　　淺談橋梁樁基礎(chǔ)聲波透射法檢測技術(shù)</p><p>　　摘要：樁基礎(chǔ)在橋梁施工中占據(jù)著重要的位置。由于橋梁樁基施工的隱蔽性，在施工過程中存在不可預見性的因素較多，如果這些問題不及時解決，將直接影響到樁基的工程質(zhì)量。樁基質(zhì)量檢測技術(shù)涉及到力學、振動學、樁基施工技術(shù)和計算機技術(shù)等諸多學科知識，它既不同于常規(guī)的建筑材料試驗，又不同于普通的建筑結(jié)構(gòu)測試，從檢測技術(shù)來看，主要是對樁基和周圍地質(zhì)的檢測，檢

2、測方法、頻率也不斷加強，目前常用的有靜荷載試驗、高應變、低應變、聲波透射法、鉆孔取芯法等方法。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ)；聲波透射法；檢測技術(shù) </p><p>　　中圖分類號：V448.25+1文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　聲波透射法是根據(jù)超聲

3、波的透射原理檢測樁身混凝土的完整性,目前已成為樁基檢測中行之有效的方法。聲波透射法的基本方法是在樁基灌注混凝土之前,在樁內(nèi)預埋若干根聲測管作為聲波檢測儀沿樁的縱軸方向以一定的間距逐點檢測聲波穿過樁身各橫截面的聲學參數(shù),然后對這些檢測數(shù)據(jù)進行處理、分析和判斷,確定樁身混凝土缺陷的位置、范圍、程度,從而推斷樁身混凝土的連續(xù)性、完整性和均勻性狀況,評定樁身完整性等級。 </p><p>　　1.聲波透射法的原理 <

4、;/p><p>　　聲波透射法的檢測對象是灌注樁內(nèi)聲測管之間的混凝土質(zhì)量?；炷潦怯啥喾N材料配制而成的非勻質(zhì)彈黏性材料,對超聲脈沖波的吸收、散射衰減較大,當其組成材料、內(nèi)部質(zhì)量以及超聲波距離相等時超聲脈沖波在其中傳播的速度、首波波幅和頻率等聲學參數(shù)的測量值應基本一致,波形穩(wěn)定。如果樁身某部分混凝土存在諸如:空洞、裂縫、夾泥、離析、蜂窩,以及因缺少水泥而形成的松散等缺陷情況時,其空間內(nèi)空氣所占比例相應增大,而空氣的聲阻

5、抗率遠小于混凝土的聲阻抗率,超聲脈沖波將在“固 - 氣”界面上幾乎產(chǎn)生全反射,繞過或穿過缺陷區(qū)的部分超聲脈沖波到達接收換能器時,聲時值增大,首波幅度降低,頻率降低,波形發(fā)生畸變?？筛鶕?jù)聲時及聲程的變化,計算出聲波速度的變化,判別和計算缺陷程度的大小;并且超聲脈沖波在缺陷界面產(chǎn)生散射和反射,到達接收換能器的聲波能量(波幅)顯著減小,可根據(jù)波幅變化的程度判別缺陷的性質(zhì)和程度;另外超聲脈沖波中各頻率成分在缺陷界面衰減程度不同,接收信號的頻率明

6、顯降低,可根據(jù)接收信號主頻或頻率譜的變化分析判別缺陷情況;超聲脈沖波在缺陷界面反射和折射,形成波形不同的波束,或由于界面上產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換而形成橫波原因使得到達接收</p><p>　　2.聲波透射法的檢測方法 </p><p>　　灌注樁的聲波透射法檢測方式有雙孔檢測、單孔檢測和樁外檢測三種。應用最廣泛的是雙孔檢測,其包含有平測、斜測扇形掃測等方式。聲波透射法檢測在具體實踐中一般分為全樁身各

7、剖面掃測和有懷疑部位細測兩步進行。對聲時增加,波形衰減的異常區(qū)將測點間距由 25cm 加密至 10cm,在測讀聲時的基礎(chǔ)上同時觀察波幅、主頻、波形的變化,使用平測、雙向斜測,綜合運用這些物理量找出缺陷區(qū)造成的陰影范圍,得到的陰影重疊區(qū)即為缺陷位置,該種方法稱之為“聲陰影重疊法”。更進一步發(fā)展就是層析成像、用 ART 或 SIRT 等算法處理數(shù)據(jù)得到圖像,這樣空間位置和尺寸更準確、直觀。在混凝土中由于各種不均勻界面的漫射和低頻波繞射等原因

8、,陰影邊界往往十分模糊,加之由好混凝土到缺陷區(qū)的聲速、波幅是漸變的,給確定陰影臨界帶來困難。可以認為在缺陷附近波速、波幅及波形等任一物理量發(fā)生變化,都是有缺陷情況的反映,可視為缺陷區(qū)域上下臨界線。缺陷高度及空間位置在陰影限度的區(qū)域內(nèi)以弧線連接確定。還應注意雙向斜測時斜度也是很重要的,兩換能器高層差小于缺陷層厚度,很可能誤判為該段斷面低強區(qū)或夾層。因此,應盡量加大換能器之間的高程差,其水平測角可取</p><p>

9、　　3.鉆孔樁內(nèi)部缺陷與判斷 </p><p>　　3.1用聲時判斷缺陷的PSD判據(jù) </p><p>　　常用的數(shù)理統(tǒng)計方法求出平均聲時 t 和標準差，以 +2σ 作為判據(jù)，凡聲時t1＞+2σ測點視為缺陷的分析方法，而建立在這樣的基礎(chǔ)之上，即缺陷區(qū)超聲傳播介質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生突變，因此聲時值在缺陷區(qū)的變化規(guī)律是一不連續(xù)函數(shù)。至少在缺陷區(qū)的邊界上，該函數(shù)斜率增大。當 i 處相鄰兩測點聲時沒有變化

10、，判據(jù) Ci=0；當有變化時，由于 Ci 與（ti- ti- 1）2 成正比，Ci 將大幅度提高。因此 PSD判據(jù)對缺陷十分敏感。同時又可排除聲測管不平行或混凝土不均勻引起聲時變化等非缺陷因素的影響。 </p><p>　　3.2缺陷區(qū)空間定位―――陰影重疊原則 </p><p>　　采用超聲脈沖法檢測分為全樁掃測和有懷疑部位細測兩步進行。掃測一般采用平測或高差 25cm的斜測，步距 25

11、cm為宜，掃測只讀聲進值。所謂細測判斷，就是對聲時增加，波形衰減的異常區(qū)將測點由 25cm加密至 10cm，在測讀聲時的基礎(chǔ)上同時觀察聲波波幅，波形的變化，綜合動用這些物理量找出缺陷區(qū)造成的專用陰影范圍。即使用平測、雙向斜測三組細測，陰影重疊區(qū)即為缺陷位置―――稱之為“陰影重疊原則”。 </p><p>　　3.3缺陷區(qū)性質(zhì)的確定 </p><p>　　利用 PSD判據(jù)對于夾層的判斷及定位

12、是準確的。對于蜂窩、孔洞、低強度區(qū)等局部缺陷定性誤差較大，必須采用以下方法復核之。 </p><p>　　3.3.1缺陷區(qū)聲速法 </p><p>　　利用以上缺陷空間定位方法確定缺陷面積后，可計算出缺陷區(qū)介質(zhì)聲速。缺陷位于兩聲測管中間時應首先計算聲波繞聲速并與完好區(qū)混凝土聲速比較，如繞射聲速與好混凝土聲速相符，則可確定聲波以發(fā)生繞射，缺陷區(qū)為夾砂團的松散無強度的“孔洞”；如繞射聲速小于好

13、混凝土聲速，則可確定聲波從缺陷區(qū)內(nèi)穿過。 </p><p>　　3.3.2綜合判斷法 </p><p>　　超聲脈沖在遇到局部缺陷時，通過夾雜物的聲速一般低于正?；炷?，即聲時增加；由于缺陷內(nèi)夾雜物對聲波能量吸收較多，造成接收波振幅的明顯衰減；同時由于反射波散射波迭加結(jié)果，接收到的波形可能發(fā)生畸變等。但缺陷不一定同時具備這樣特征，且不同缺陷其特征表現(xiàn)不盡一樣。比如聲時增加，聲波可能并未衰減

14、反而增加，聲波衰減，聲時卻未增加等等。 </p><p>　　4.檢測現(xiàn)場常見問題及故障處理 </p><p>　　4.1 檢測過程中接收信號突然消失 </p><p>　　有兩種原因可產(chǎn)生該類現(xiàn)象，一是聲測管內(nèi)無水；二是設備系統(tǒng)故障。首先應檢查是聲測管內(nèi)否有水，可在采樣狀態(tài)下，迅速往聲測管注水，至現(xiàn)象消除，否則，將換能器提出聲測管，平行靠近放在空氣中，采樣、觀察是

15、否有接收波形，無接收波形，則設備系統(tǒng)故障。 </p><p>　　4.2 判斷設備系統(tǒng)的故障部位 </p><p>　　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，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

16、面換能器的輻射面對準徑向換能器的輻射體，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。 </p><p>　　4.3 發(fā)射正常、接收時好時壞 </p><p>　　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(xiàn)象是由于換能器信號線破損、水密性喪失、遇水壓大時滲透到換能器

17、主體造成，換能器故障，修復較為困難。 </p><p>　　4.4 樁頭最后一測點聲速、幅度急劇下降 </p><p>　　一些樁在樁頭部位的最后一個或幾個測點的聲參量急劇下降，而樁頭部位混凝土表現(xiàn)良好。該現(xiàn)象可能是剔除樁頭時，引起聲測管與混凝土脫離或者混凝土局部破損而造成，可在聲測管外壁或樁頭混凝土澆清水，該現(xiàn)象好轉(zhuǎn)。 </p><p><b>　　5.

18、結(jié)語 </b></p><p>　　總之,聲波透射法在實際檢測應用中具有準確度高、可以由下而上逐點整樁全斷面的優(yōu)點,不易漏判缺陷部位,檢測結(jié)果直觀反映了樁身各個部位混凝土的均勻性和存在缺陷的準確位置、缺陷的嚴重程度等方面的信息,而且檢測不受樁長和樁徑影響。是檢驗樁基樁身混凝土質(zhì)量的一種科學的方法。 </p><p><b>　　參考文獻： </b><

19、/p><p>　　[1]闞玉達.超聲法在基樁混凝土檢測中的應用[J].山西建筑，2007，33 </p><p>　　[2]王和文，張璐，康世海.超聲波CT技術(shù)在某大橋樁基檢測中的應用[J].物探化探計算技術(shù)，2008，30（4）：322~325. </p><p>　　[3]龍華春，丁杰棟.聲波透射法在橋梁樁基檢測中的運用[J].中國水運2009.11 </p&