利用声波透射法检测基桩混凝土质量分析

2019-03-14合肥工大工程试验检测有限责任公司安徽合肥230009

安徽建筑 2019年4期

檀军（合肥工大工程试验检测有限责任公司，安徽合肥 230009）

0 前言

在建筑工程施工中，桩基工程常常会受到地质条件、施工技术水平、桩土体系等诸多因素的影响，进而导致各种各样缺陷，这些缺陷不仅会对整个建筑工程的质量产生直接影响，同时还具有很强的隐蔽性，因此，要想保证桩基工程质量，就必须要将基桩混凝土存在的质量缺陷及位置明确下来，而声波透射法则恰恰能够做到这一点。

1 声波透射法概述

从原理上来看，声波透射法主要是利用了超声波在经过不同声阻抗的声学界面时会发生声学变化的特性。混凝土桩虽然主要是由混凝土构成，但受混凝土自身密度的影响，其中也同样存在少量的空气和水，而混凝土基桩的缺陷处则会聚集大量的水和空气，由于混凝土的声阻抗与水、空气的声阻抗相差较大，因此，一旦混凝土桩内部存在缺陷，那么就会形成多个具有不同声阻抗的声学界面。在基桩混凝土质量检测中，声波透射法通常会利用发射换能器来发射超声波，并通过注满清水的声测管将超声波传递到混凝土基桩之中，通常情况下，如混凝土桩不存在缺陷，那么超声波传播途径上声学界面的声阻抗并不会出现太大的差异，超声波也会按正常的直线途径进行传播，但如果混凝土撞击中存在缺陷，那么在空气和水的声阻抗远小于混凝土声阻抗的情况下，超声波就会绕过缺陷进行传播，从而使传播路线发生改变，并最终导致各种声学变化[1]。超声波绕过缺陷传播会导致传播路径延长，传播时间也会随之增加，即声时变大、声速变小，根据这一变化，就可以准确判断出混凝土基桩是否存在缺陷。超声波在不同声学界面传播还会形成散射波与折射波，而这些散射波与折射波在叠加后，则会使超声波出现波形畸变、波幅变小、传播频率改变等声学变化，这些同样是判断混凝土基桩质量情况以及缺陷位置的重要参数。

2 声波透射法在基桩混凝土质量检测中的应用

2.1 基桩混凝土质量检测

在基桩混凝土质量检测工作中，常用的声波透射检测方法有很多，根据状体内发射换能器布置方式的不同，可具体分为桩内单孔透射法、桩内跨孔透射法以及桩外孔透射法三种，这些方法的检测操作流程差异较大，适用范围也有所不同，在实际应用中需要根据工程实际情况进行选择。其中桩内单孔透射法是基桩工程中最为常见的测试方法，只需将换能器放置在基桩的孔道内，并在孔道另一端内放置接收器，换能器与接收器内侧均放置注满清水的声测管，之后再利用隔声材料将换能器隔开，就可以得到准确的声学参数，其操作相对简单，适用范围也比较广，但由于钢质材料会影响超声波的绕行，而多个孔道则会影响超声波的传播，因此在基桩孔道内存在钢质材料或是基桩中存在多个孔道时，不可采用这一方法。

与之相比，桩内跨孔透射法可利用多根声测管对发射器与接收器间的混凝土质量进行检测，不仅有效检测范围更广，同时还能根据实际需求来改变发射器与接收器的位置与角度，从而实现对检测区域的灵活控制，在技术上更加成熟、可靠。但需要注意的是，由于桩内跨孔透射法是通过不同孔道的位置来改变换能器与接收器位置，进而控制检测区域，因此对孔道数量的要求较高，一旦基桩内的可用孔道较少，其检测范围就会受到很大的限制，而在这种情况下，桩外孔透射法具有较大优势。桩外孔透射法通常是以桩边土层中钻孔作为检测通道，发射器可放置在桩顶面出，而接收器则可放置在桩外孔底部，这样一来，即便基桩内已经没有可用的换能器通道，或是基桩上部结构已经开始施工，也同样可以实现基桩混凝土质量的有效检测，因此通常会用于各种特殊情况下的检测工作。但需要注意的是，桩外孔透射法受超声波能量限制大，对基桩长度的要求也比较高，因此在适用范围是比较局限，测试的准确性也容易受到影响[2]。

2.2 检测结果分析与判断

声波透射法在基桩混凝土质量检测中的运用主要分为质量检测与结果分析两部分，因此在声波透射检测工作完成后，还要根据检测结果展开分析，判断各种声学参数所代表的缺陷问题，并将缺陷的具体位置确定下来，而在这一阶段，同样有着不同的分析判断方法。一般来说，声波透射法中的判断方法可分为声速判断法、波幅判断法、PSD判断法、频率判断法以及多因素概率分析法几种，不同分析方法所能够判定的质量指标不同，因此在实际应用中可通过对分析方法的灵活选择来进行具体的质量判断。例如，声速判断法是根据从检测结果中的声速特征来分析混凝土介质特性的变化，在其他条件相同的情况下，声速参数越小，则说明混凝土强度越低，反之如声速参数更大，这说明混凝土强度更高，另外，如混凝土配合比、粗骨料含量与性质、温度、湿度等因素同样会对声速参数造成影响，因此声速分析法也可以用于这几方面的质量检测。而波幅判断法则是通过波幅参数来体现超声波在混凝土内传播时的能量变化情况，如波幅参数较高，则说明混凝土质量较好，而如果波幅参数较低，则说明混凝土内部存在低强、离析等质量缺陷，使得超声波在穿过混凝土时波能量被大量吸收[3]。

2.3 混凝土基桩常见缺陷判断

通过声波透射法的检测结果来判断基桩混凝土质量缺陷虽然比较复杂，但由于混凝土基桩的大多数常见缺陷都有着明显的声学参数变化特征，因此只要能够熟悉各种常见缺陷的声学参数特点，就能够准确判断出混凝土桩存在的质量缺陷类型，这在混凝土基桩质量检测工作中是非常重要的。例如，在基桩混凝土疏松的情况下，经声波透射法检测后得到声速参数与波幅参数都会普遍偏低，而波形也会出现异常。而一旦混凝土中存在夹泥，不仅会使声速参数与波幅参数降低，同时还会增强首波的隐蔽性。除此之外，出现断桩的混凝土桩在波形上会出现严重畸变，同一深度各剖面的声速参数与波幅参数也都会出现类似的下降幅度；而桩底出现沉渣的基桩波形普遍较差，声速参数与波幅参数也都会出现大幅度的下降。

2.4 基桩混凝土质量检测实例分析

以某高速公路桥梁工程为例，对声波透射法在基桩混凝土质量检测中的实践应用展开分析，该工程采用混凝土灌注桩，据设计要求显示，0～3#桩桩长为12m，桩径为1.2m，混凝土强度为C25，利用桩内跨孔透射法进行检测，检测时间为混凝土浇筑14d后。检测过程中，在基桩上选取A、B、C三处孔道分别布置好发射器和接收器，各孔道声测间距为850mm、850mm，950mm，在完成检测后，对各项检测参数进行记录。通过对检测结果的分析发现，该桩AB剖面的声速参数在11.2m～11.5m处出现大幅下降，波幅参数同样在11.2m～11.5m处出现下降，波形与频率基本正常；而AC剖面的声速参数在11.2m～11.5m处出现小幅下降，波幅参数同在11.2m～11.5m处出现下降，但在2.0m～2.2m处出现大幅下降，波形基本正常，但频率较为混乱。据此得出结论，该桩在11.2m～11.5m处存在较大缺陷，初步判定缺陷类型为桩底存在沉渣，而2.0m～2.2m存在轻微缺陷，具体缺陷类型需要通过进一步分析确定。