关于声波透射法桩基检测的应用分析

2015-04-16王朝龙陶雄李艳

建材与装饰 2015年22期

关键词：测管声速波幅

王朝龙　陶雄　李艳

（云南航天工程物探检测股份有限公司　云南　昆明　650217）

关于声波透射法桩基检测的应用分析

王朝龙陶雄李艳

（云南航天工程物探检测股份有限公司云南昆明650217）

随着桥梁建筑的发展，声波透射法被广泛应用于桩基检测工程中。本文介绍了声波透射法的基本原理，结合实际应用中出现的问题，提出了可行性建议，以期为相关从业人员提供施工依据，提高工程质量。

声波透射法；桩基检测；应用分析

随着科学技术的发展，声波测试技术被广泛应用于各个领域，在建筑工程的检测中发挥的作用更不容小觑。大量的工程实践证明，声波投射法能准确检测桩身的缺陷及其位置，为工程质量提供了可靠的保证，在未来的工程建设中，这一技术具有广阔的发展前景。

1　声波透射法的基本原理

桩基是由水泥石、水和空气间隙组成的多相非均质材料。在实际的工程中，会由于外界因素或施工技术的原因导致桩基中存在孔洞、间隙。夹砂或裂缝，一方面造成建筑工程安全系数降低，一方面可以借助声学原理对桩基进行检测。

从物理角度讲，声波是一种常见的弹性波，若将混凝土作为弹性体，则声波在混凝土中的传播服从物理学规律。由超声脉冲发射源在混凝土内发高频弹性脉冲波，用高精度接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特征。当混凝土内部存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波达到该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当混凝土内部存在松散、蜂窝孔洞等缺陷时，会破坏混凝土介质的连续性，使声波的传播路径发生变化，在绕过缺陷点传播时，将产生波的散射和绕射，根据波的初始到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特征，可获取测得范围内混凝土的声学参数。测试记录不同测试剖面、不同高度上的超声波的特征，经过处理分析就能获得测试区内混凝土的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置[1]。简而言之，声波透射法桩基检测就是根据声波在介质中的参数变化，人为分析判别缺陷的位置，为提高混凝土质量提供依据。

2　仪器设备要求

2.1声波发射与接收换能器应符合下列要求

（1）圆柱状径向振动，沿径向无指向性；

（2）外径小于声测管内径，有效工作面轴向长度不大于150mm；

（3）谐振频率宜为30～50kHz；

（4）水密性满足1MPa水压不渗水。

2.2声波检测仪应符合下列要求

（1）具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以及频率测量或频谱分析功能；

（2）声时测量分辨力优于或等于0.5μs；

（3）声波幅值测量相对误差小于5％；

（4）系统频带宽度为1～200kHz，系统最大动态范围不小于100dB；

（5）声波发射脉冲宜为阶跃或矩形脉冲，电压幅值为200～1000V[2]。

3　与混凝土质量相关的声学参数

3.1声速

声速与混凝土弹性性质、混凝土内部结构有关，声速是判定混凝土质量的重要参数，与声波波幅相比，声速对缺陷位置的敏感度不够敏锐。

3.2波幅

波幅通常是指接受波中的首波波幅，它反映了声波在介质中的衰减情况，能够很敏锐地检测出缺陷点，是工程检测中的重要依据。

3.3主频

主频是指接受波的主频，反应声波在传播过程中的衰减情况，在实际的监测工程中，它作为判定混凝土质量的辅助指标。

3.4波形

混凝土的质量可以直接从接受波波形上反应出来，波形对混凝土内部的缺陷点极为敏感，是声波透射法中最重要的参数[3]。

4　桩身质量缺陷的判定

声波穿过混凝土后接受换能器接收信号，信号中含有混凝土的诸多信息。声波透射法桩基检测的关键问题就是把诸多的信息加以分析并予以定量，将接收器接受的声波信号与混凝土内部缺陷联系起来，得到有力的证据。上文提到的声速、波幅、主频和波形都是判断混凝土内部缺陷的有效物理参数[4]。

由声波穿过混凝土所需的时间通过计算后得到声速。在两根平行的声测管中，如果混凝土质量均匀，内部也不存在缺陷，那么个横截面所测得的声速时值是相同的；当混凝土内部存在缺陷时，缺陷区的存在使声速远小于完好无损的混凝土，穿越时间加大。当缺陷中的物质与混凝土的声阻抗不同时，界面透过率低，声波绕过缺陷不稳继续传播，波形将出现弯曲，判定出混凝土质量问题。

波幅值越低，超声脉冲在混凝土中的衰减程度就越大，由声波衰减的原因可知，混凝土中必然存在低强度区或离析区，即混凝土中存在夹泥或蜂窝。波幅的幅值可以直接从接受器上观察，波幅值与混凝土质量有密切的相关性。

桩身完整性判定海域外界复杂的因素有关，判定时可以根据具体的施工工艺和施工技术进行分析，结合声波中的主要参数对混凝土加以明确的综合性判定。

5　声波透射法现场检测

5.1声测管的埋设

在利用声波透射法对桩基进行检测之前，必须在施工的过程中预埋声测管。声测管内径55±5mm，声测管的埋设数量由桩径大小决定，沿桩截面外侧对称埋设。桩基需采用合适的方法固定，确保位置平正，成桩后相互平行。连接声测管时，保证连接处光滑过渡，确保探头的移动不会受到影响。每个声测管管口的高度应该一致，管口应高出桩顶10cm以上。一般可用清水作为声测管中的耦合剂，声测管下端封闭，防止漏水，也可将声测管下端连通，以便必要时可用高压水疏通声测管，声测管上端加盖，避免有异物落入[5]。

5.2平测普查

平测普查的步骤如下：

（1）用两根声测管作为一个检测剖面的方式将多根声测管进行组合。

（2）把发射和接受换能器放在检测剖面的声测管里，工作人员应保证在放置过程中维持相同的高度。

（3）在安装发射和接受换能器时，可以用自下而上或自上而下的方式向上提或向下放，施工过程中应保证发射和接受换能器位置不会出现偏差，发射和接收换能器要以相同的标高进行同步升降，累计误差不得超过20mm，并对误差及时矫正。

（4）如果施工过程中出现异常，必须降低移动的距离，做水平加密检测。

（5）在对同一桩的不同监测面进行检测时，声波发射电压和仪器的设置参数应保持不变[6]。

5.3缺陷细测

对平测普查数据进行分析后，可以根据声速和波幅等相关参数找出桩基中的可疑测区。对可疑测区进行加密检测，将可疑测区的异常情况加以核实和分析，确定可疑测区的纵向范围，再对可以测区进行深入的探测，具体方法是利用斜测法。斜测法是保证发射和接受换能器维持一定的高程差，在声测管内以相同的距离进行测试。