淺談橋梁樁基礎(chǔ)聲波透射法檢測(cè)技術(shù)

1、<p>　　淺談橋梁樁基礎(chǔ)聲波透射法檢測(cè)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(guò)程中存在不可預(yù)見性的因素較多，如果這些問(wèn)題不及時(shí)解決，將直接影響到樁基的工程質(zhì)量。樁基質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)涉及到力學(xué)、振動(dòng)學(xué)、樁基施工技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等諸多學(xué)科知識(shí)，它既不同于常規(guī)的建筑材料試驗(yàn)，又不同于普通的建筑結(jié)構(gòu)測(cè)試，從檢測(cè)技術(shù)來(lái)看，主要是對(duì)樁基和周圍地質(zhì)的檢測(cè)，檢

2、測(cè)方法、頻率也不斷加強(qiáng)，目前常用的有靜荷載試驗(yàn)、高應(yīng)變、低應(yīng)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(cè)技術(shù) </p><p>　　中圖分類號(hào)：V448.25+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </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(cè)樁身混凝土的完整性,目前已成為樁基檢測(cè)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(yù)埋若干根聲測(cè)管作為聲波檢測(cè)儀沿樁的縱軸方向以一定的間距逐點(diǎn)檢測(cè)聲波穿過(guò)樁身各橫截面的聲學(xué)參數(shù),然后對(duì)這些檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(píng)定樁身完整性等級(jí)。 </p><p>　　1.聲波透射法的原理 <

4、;/p><p>　　聲波透射法的檢測(cè)對(duì)象是灌注樁內(nèi)聲測(cè)管之間的混凝土質(zhì)量。混凝土是由多種材料配制而成的非勻質(zhì)彈黏性材料,對(duì)超聲脈沖波的吸收、散射衰減較大,當(dāng)其組成材料、內(nèi)部質(zhì)量以及超聲波距離相等時(shí)超聲脈沖波在其中傳播的速度、首波波幅和頻率等聲學(xué)參數(shù)的測(cè)量值應(yīng)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(shí),其空間內(nèi)空氣所占比例相應(yīng)增大,而空氣的聲阻

5、抗率遠(yuǎn)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(guò)或穿過(guò)缺陷區(qū)的部分超聲脈沖波到達(dá)接收換能器時(shí),聲時(shí)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(shí)及聲程的變化,計(jì)算出聲波速度的變化,判別和計(jì)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(dá)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(hào)的頻率明

6、顯降低,可根據(jù)接收信號(hào)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(dá)接收</p><p>　　2.聲波透射法的檢測(cè)方法 </p><p>　　灌注樁的聲波透射法檢測(cè)方式有雙孔檢測(cè)、單孔檢測(cè)和樁外檢測(cè)三種。應(yīng)用最廣泛的是雙孔檢測(cè),其包含有平測(cè)、斜測(cè)扇形掃測(cè)等方式。聲波透射法檢測(cè)在具體實(shí)踐中一般分為全樁身各

7、剖面掃測(cè)和有懷疑部位細(xì)測(cè)兩步進(jìn)行。對(duì)聲時(shí)增加,波形衰減的異常區(qū)將測(cè)點(diǎn)間距由 25cm 加密至 10cm,在測(cè)讀聲時(shí)的基礎(chǔ)上同時(shí)觀察波幅、主頻、波形的變化,使用平測(cè)、雙向斜測(cè),綜合運(yùn)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(jìn)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(zhǔn)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(lái)困難。可以認(rèn)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(yīng)注意雙向斜測(cè)時(shí)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(qiáng)區(qū)或夾層。因此,應(yīng)盡量加大換能器之間的高程差,其水平測(cè)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(shí)判斷缺陷的PSD判據(jù) </p><p>　　常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求出平均聲時(shí) t 和標(biāo)準(zhǔn)差，以 +2σ 作為判據(jù)，凡聲時(shí)t1＞+2σ測(cè)點(diǎn)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(shí)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(dāng) i 處相鄰兩測(cè)點(diǎn)聲時(shí)沒有變化

10、，判據(jù) Ci=0；當(dāng)有變化時(shí)，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(duì)缺陷十分敏感。同時(shí)又可排除聲測(cè)管不平行或混凝土不均勻引起聲時(shí)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(cè)分為全樁掃測(cè)和有懷疑部位細(xì)測(cè)兩步進(jìn)行。掃測(cè)一般采用平測(cè)或高差 25cm的斜測(cè)，步距 25

11、cm為宜，掃測(cè)只讀聲進(jìn)值。所謂細(xì)測(cè)判斷，就是對(duì)聲時(shí)增加，波形衰減的異常區(qū)將測(cè)點(diǎn)由 25cm加密至 10cm，在測(cè)讀聲時(shí)的基礎(chǔ)上同時(shí)觀察聲波波幅，波形的變化，綜合動(dòng)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(cè)、雙向斜測(cè)三組細(xì)測(cè)，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(duì)于夾層的判斷及定位

12、是準(zhǔn)確的。對(duì)于蜂窩、孔洞、低強(qiáng)度區(qū)等局部缺陷定性誤差較大，必須采用以下方法復(fù)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(jì)算出缺陷區(qū)介質(zhì)聲速。缺陷位于兩聲測(cè)管中間時(shí)應(yīng)首先計(jì)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(tuán)的松散無(wú)強(qiáng)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(guò)。 </p><p>　　3.3.2綜合判斷法 </p><p>　　超聲脈沖在遇到局部缺陷時(shí)，通過(guò)夾雜物的聲速一般低于正?；炷?，即聲時(shí)增加；由于缺陷內(nèi)夾雜物對(duì)聲波能量吸收較多，造成接收波振幅的明顯衰減；同時(shí)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(shí)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(shí)增加，聲波可能并未衰減

14、反而增加，聲波衰減，聲時(shí)卻未增加等等。 </p><p>　　4.檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)常見問(wèn)題及故障處理 </p><p>　　4.1 檢測(cè)過(guò)程中接收信號(hào)突然消失 </p><p>　　有兩種原因可產(chǎn)生該類現(xiàn)象，一是聲測(cè)管內(nèi)無(wú)水；二是設(shè)備系統(tǒng)故障。首先應(yīng)檢查是聲測(cè)管內(nèi)否有水，可在采樣狀態(tài)下，迅速往聲測(cè)管注水，至現(xiàn)象消除，否則，將換能器提出聲測(cè)管，平行靠近放在空氣中，采樣、觀察是

15、否有接收波形，無(wú)接收波形，則設(shè)備系統(tǒng)故障。 </p><p>　　4.2 判斷設(shè)備系統(tǒng)的故障部位 </p><p>　　將故障的設(shè)備換上平面換能器，將平面換能器的輻射面平行相對(duì)，進(jìn)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(shí)，接上徑向換能器，進(jìn)行采樣，如發(fā)射換能器發(fā)出響聲、無(wú)接收波形，則接收換能器故障；如發(fā)射換能器無(wú)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(duì)準(zhǔn)徑向換能器的輻射體，進(jìn)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(shí)好時(shí)壞 </p><p>　　換能器剛下水測(cè)試時(shí)波形正常，一會(huì)兒波形逐漸異常，甚至無(wú)接收波形，提出聲測(cè)管后波形正常，或提出聲測(cè)管、待換能器干燥后波形正常。該現(xiàn)象是由于換能器信號(hào)線破損、水密性喪失、遇水壓大時(shí)滲透到換能器

17、主體造成，換能器故障，修復(fù)較為困難。 </p><p>　　4.4 樁頭最后一測(cè)點(diǎn)聲速、幅度急劇下降 </p><p>　　一些樁在樁頭部位的最后一個(gè)或幾個(gè)測(cè)點(diǎn)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(shí)，引起聲測(cè)管與混凝土脫離或者混凝土局部破損而造成，可在聲測(cè)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(yǔ) </b></p><p>　　總之,聲波透射法在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中具有準(zhǔn)確度高、可以由下而上逐點(diǎn)整樁全斷面的優(yōu)點(diǎn),不易漏判缺陷部位,檢測(cè)結(jié)果直觀反映了樁身各個(gè)部位混凝土的均勻性和存在缺陷的準(zhǔn)確位置、缺陷的嚴(yán)重程度等方面的信息,而且檢測(cè)不受樁長(zhǎng)和樁徑影響。是檢驗(yàn)樁基樁身混凝土質(zhì)量的一種科學(xué)的方法。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b><

19、/p><p>　　[1]闞玉達(dá).超聲法在基樁混凝土檢測(cè)中的應(yīng)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(cè)中的應(yīng)用[J].物探化探計(jì)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(cè)中的運(yùn)用[J].中國(guó)水運(yùn)2009.11 </p&