檀 軍 （合肥工大工程試驗(yàn)檢測(cè)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009）

0 前言

在建筑工程施工中，樁基工程常常會(huì)受到地質(zhì)條件、施工技術(shù)水平、樁土體系等諸多因素的影響，進(jìn)而導(dǎo)致各種各樣缺陷，這些缺陷不僅會(huì)對(duì)整個(gè)建筑工程的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，同時(shí)還具有很強(qiáng)的隱蔽性，因此，要想保證樁基工程質(zhì)量，就必須要將基樁混凝土存在的質(zhì)量缺陷及位置明確下來(lái)，而聲波透射法則恰恰能夠做到這一點(diǎn)。

1 聲波透射法概述

從原理上來(lái)看，聲波透射法主要是利用了超聲波在經(jīng)過(guò)不同聲阻抗的聲學(xué)界面時(shí)會(huì)發(fā)生聲學(xué)變化的特性?；炷翗峨m然主要是由混凝土構(gòu)成，但受混凝土自身密度的影響，其中也同樣存在少量的空氣和水，而混凝土基樁的缺陷處則會(huì)聚集大量的水和空氣，由于混凝土的聲阻抗與水、空氣的聲阻抗相差較大，因此，一旦混凝土樁內(nèi)部存在缺陷，那么就會(huì)形成多個(gè)具有不同聲阻抗的聲學(xué)界面。在基樁混凝土質(zhì)量檢測(cè)中，聲波透射法通常會(huì)利用發(fā)射換能器來(lái)發(fā)射超聲波，并通過(guò)注滿清水的聲測(cè)管將超聲波傳遞到混凝土基樁之中，通常情況下，如混凝土樁不存在缺陷，那么超聲波傳播途徑上聲學(xué)界面的聲阻抗并不會(huì)出現(xiàn)太大的差異，超聲波也會(huì)按正常的直線途徑進(jìn)行傳播，但如果混凝土撞擊中存在缺陷，那么在空氣和水的聲阻抗遠(yuǎn)小于混凝土聲阻抗的情況下，超聲波就會(huì)繞過(guò)缺陷進(jìn)行傳播，從而使傳播路線發(fā)生改變，并最終導(dǎo)致各種聲學(xué)變化[1]。超聲波繞過(guò)缺陷傳播會(huì)導(dǎo)致傳播路徑延長(zhǎng)，傳播時(shí)間也會(huì)隨之增加，即聲時(shí)變大、聲速變小，根據(jù)這一變化，就可以準(zhǔn)確判斷出混凝土基樁是否存在缺陷。超聲波在不同聲學(xué)界面?zhèn)鞑ミ€會(huì)形成散射波與折射波，而這些散射波與折射波在疊加后，則會(huì)使超聲波出現(xiàn)波形畸變、波幅變小、傳播頻率改變等聲學(xué)變化，這些同樣是判斷混凝土基樁質(zhì)量情況以及缺陷位置的重要參數(shù)。

2 聲波透射法在基樁混凝土質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 基樁混凝土質(zhì)量檢測(cè)

在基樁混凝土質(zhì)量檢測(cè)工作中，常用的聲波透射檢測(cè)方法有很多，根據(jù)狀體內(nèi)發(fā)射換能器布置方式的不同，可具體分為樁內(nèi)單孔透射法、樁內(nèi)跨孔透射法以及樁外孔透射法三種，這些方法的檢測(cè)操作流程差異較大，適用范圍也有所不同，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行選擇。其中樁內(nèi)單孔透射法是基樁工程中最為常見(jiàn)的測(cè)試方法，只需將換能器放置在基樁的孔道內(nèi)，并在孔道另一端內(nèi)放置接收器，換能器與接收器內(nèi)側(cè)均放置注滿清水的聲測(cè)管，之后再利用隔聲材料將換能器隔開(kāi)，就可以得到準(zhǔn)確的聲學(xué)參數(shù)，其操作相對(duì)簡(jiǎn)單，適用范圍也比較廣，但由于鋼質(zhì)材料會(huì)影響超聲波的繞行，而多個(gè)孔道則會(huì)影響超聲波的傳播，因此在基樁孔道內(nèi)存在鋼質(zhì)材料或是基樁中存在多個(gè)孔道時(shí)，不可采用這一方法。

與之相比，樁內(nèi)跨孔透射法可利用多根聲測(cè)管對(duì)發(fā)射器與接收器間的混凝土質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，不僅有效檢測(cè)范圍更廣，同時(shí)還能根據(jù)實(shí)際需求來(lái)改變發(fā)射器與接收器的位置與角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)區(qū)域的靈活控制，在技術(shù)上更加成熟、可靠。但需要注意的是，由于樁內(nèi)跨孔透射法是通過(guò)不同孔道的位置來(lái)改變換能器與接收器位置，進(jìn)而控制檢測(cè)區(qū)域，因此對(duì)孔道數(shù)量的要求較高，一旦基樁內(nèi)的可用孔道較少，其檢測(cè)范圍就會(huì)受到很大的限制，而在這種情況下，樁外孔透射法具有較大優(yōu)勢(shì)。樁外孔透射法通常是以樁邊土層中鉆孔作為檢測(cè)通道，發(fā)射器可放置在樁頂面出，而接收器則可放置在樁外孔底部，這樣一來(lái)，即便基樁內(nèi)已經(jīng)沒(méi)有可用的換能器通道，或是基樁上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始施工，也同樣可以實(shí)現(xiàn)基樁混凝土質(zhì)量的有效檢測(cè)，因此通常會(huì)用于各種特殊情況下的檢測(cè)工作。但需要注意的是，樁外孔透射法受超聲波能量限制大，對(duì)基樁長(zhǎng)度的要求也比較高，因此在適用范圍是比較局限，測(cè)試的準(zhǔn)確性也容易受到影響[2]。

2.2 檢測(cè)結(jié)果分析與判斷

聲波透射法在基樁混凝土質(zhì)量檢測(cè)中的運(yùn)用主要分為質(zhì)量檢測(cè)與結(jié)果分析兩部分，因此在聲波透射檢測(cè)工作完成后，還要根據(jù)檢測(cè)結(jié)果展開(kāi)分析，判斷各種聲學(xué)參數(shù)所代表的缺陷問(wèn)題，并將缺陷的具體位置確定下來(lái)，而在這一階段，同樣有著不同的分析判斷方法。一般來(lái)說(shuō)，聲波透射法中的判斷方法可分為聲速判斷法、波幅判斷法、PSD判斷法、頻率判斷法以及多因素概率分析法幾種，不同分析方法所能夠判定的質(zhì)量指標(biāo)不同，因此在實(shí)際應(yīng)用中可通過(guò)對(duì)分析方法的靈活選擇來(lái)進(jìn)行具體的質(zhì)量判斷。例如，聲速判斷法是根據(jù)從檢測(cè)結(jié)果中的聲速特征來(lái)分析混凝土介質(zhì)特性的變化，在其他條件相同的情況下，聲速參數(shù)越小，則說(shuō)明混凝土強(qiáng)度越低，反之如聲速參數(shù)更大，這說(shuō)明混凝土強(qiáng)度更高，另外，如混凝土配合比、粗骨料含量與性質(zhì)、溫度、濕度等因素同樣會(huì)對(duì)聲速參數(shù)造成影響，因此聲速分析法也可以用于這幾方面的質(zhì)量檢測(cè)。而波幅判斷法則是通過(guò)波幅參數(shù)來(lái)體現(xiàn)超聲波在混凝土內(nèi)傳播時(shí)的能量變化情況，如波幅參數(shù)較高，則說(shuō)明混凝土質(zhì)量較好，而如果波幅參數(shù)較低，則說(shuō)明混凝土內(nèi)部存在低強(qiáng)、離析等質(zhì)量缺陷，使得超聲波在穿過(guò)混凝土?xí)r波能量被大量吸收[3]。

2.3 混凝土基樁常見(jiàn)缺陷判斷

通過(guò)聲波透射法的檢測(cè)結(jié)果來(lái)判斷基樁混凝土質(zhì)量缺陷雖然比較復(fù)雜，但由于混凝土基樁的大多數(shù)常見(jiàn)缺陷都有著明顯的聲學(xué)參數(shù)變化特征，因此只要能夠熟悉各種常見(jiàn)缺陷的聲學(xué)參數(shù)特點(diǎn)，就能夠準(zhǔn)確判斷出混凝土樁存在的質(zhì)量缺陷類型，這在混凝土基樁質(zhì)量檢測(cè)工作中是非常重要的。例如，在基樁混凝土疏松的情況下，經(jīng)聲波透射法檢測(cè)后得到聲速參數(shù)與波幅參數(shù)都會(huì)普遍偏低，而波形也會(huì)出現(xiàn)異常。而一旦混凝土中存在夾泥，不僅會(huì)使聲速參數(shù)與波幅參數(shù)降低，同時(shí)還會(huì)增強(qiáng)首波的隱蔽性。除此之外，出現(xiàn)斷樁的混凝土樁在波形上會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重畸變，同一深度各剖面的聲速參數(shù)與波幅參數(shù)也都會(huì)出現(xiàn)類似的下降幅度；而樁底出現(xiàn)沉渣的基樁波形普遍較差，聲速參數(shù)與波幅參數(shù)也都會(huì)出現(xiàn)大幅度的下降。

2.4 基樁混凝土質(zhì)量檢測(cè)實(shí)例分析

以某高速公路橋梁工程為例，對(duì)聲波透射法在基樁混凝土質(zhì)量檢測(cè)中的實(shí)踐應(yīng)用展開(kāi)分析，該工程采用混凝土灌注樁，據(jù)設(shè)計(jì)要求顯示，0～3#樁樁長(zhǎng)為12m，樁徑為1.2m，混凝土強(qiáng)度為C25，利用樁內(nèi)跨孔透射法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間為混凝土澆筑14d后。檢測(cè)過(guò)程中，在基樁上選取A、B、C三處孔道分別布置好發(fā)射器和接收器，各孔道聲測(cè)間距為850mm、850mm，950mm，在完成檢測(cè)后，對(duì)各項(xiàng)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行記錄。通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，該樁AB剖面的聲速參數(shù)在11.2m～11.5m處出現(xiàn)大幅下降，波幅參數(shù)同樣在11.2m～11.5m處出現(xiàn)下降，波形與頻率基本正常；而AC剖面的聲速參數(shù)在11.2m～11.5m處出現(xiàn)小幅下降，波幅參數(shù)同在11.2m～11.5m處出現(xiàn)下降，但在2.0m～2.2m處出現(xiàn)大幅下降，波形基本正常，但頻率較為混亂。據(jù)此得出結(jié)論，該樁在11.2m～11.5m處存在較大缺陷，初步判定缺陷類型為樁底存在沉渣，而2.0m～2.2m存在輕微缺陷，具體缺陷類型需要通過(guò)進(jìn)一步分析確定。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，聲波透射法在基樁混凝土質(zhì)量檢測(cè)工作中有著非常良好的應(yīng)用效果，因此，在未來(lái)建設(shè)工程的基樁施工中，我們還需對(duì)聲波透射法進(jìn)行進(jìn)一步的推廣，從而為樁基工程的質(zhì)量提供保障。