【摘 要】:簡(jiǎn)要介紹了超聲脈沖法的原理，提出了應(yīng)用該法檢測(cè)路橋樁基以及路橋樁基質(zhì)量的方法，并根據(jù)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)指出檢測(cè)過程中應(yīng)注意的問題。

　　【關(guān)鍵詞】:超聲波;應(yīng)用;路橋樁基工程;質(zhì)量檢測(cè)

　　Abstract: This paper take a brief introduction to the principle of ultrasonic pulse method, put forward the application of the method for the detection of pile foundation in road and bridge as well as road and bridge pile foundation quality methods, and to detect the experience points detection process should pay attention to the problem.

　　Key words: ultrasonic; application; road and bridge pile foundation engineering; quality inspection

　　中圖分類號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104(2012)

　　1.超聲脈沖法

　　波動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式，可分為機(jī)械波和電磁波2大類。機(jī)械波是由于機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中引起的波動(dòng)過程，如水波、聲波等。聲波是彈性介質(zhì)傳播的機(jī)械波。當(dāng)聲波傳播到介質(zhì)中某處時(shí)，該處原來不動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)，因而具有動(dòng)能，同時(shí)該處的介質(zhì)產(chǎn)生形變而具有位能。聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，能量是逐層傳播出去的。

　　人們所能聽到的聲波頻率范圍是20～2×104Hz，這叫可聞聲波。當(dāng)聲波頻率超過2×104 Hz時(shí)，人耳就聽不到了，這種聲波就叫作超聲波。超聲波由于頻率高而具有較大的傳播能量。超聲波屬于機(jī)械波，它在介質(zhì)中傳播時(shí)，也存在有透射、反射、散射、干涉、衰減等現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，間接地反映了介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和本質(zhì)。所以接收透過介質(zhì)的超聲波，并對(duì)其聲速、頻率、振幅等聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，就可了解介質(zhì)相關(guān)的結(jié)構(gòu)信息，從而使超聲波用作金屬和路橋樁基等非金屬介質(zhì)的質(zhì)量檢測(cè)成為可能。為了避免連續(xù)波在介質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生疊加、干涉現(xiàn)象，更直觀地從通過介質(zhì)的超聲波聲學(xué)參數(shù)來分析被測(cè)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性，超聲波探傷儀發(fā)射換能器就以一定的重復(fù)頻率(50 Hz或100Hz)間斷地發(fā)射出一組組超聲脈沖波。

　　超聲脈沖波不具有單一頻率，而是一組由不同頻率的余弦波組成的復(fù)頻波。超聲換能器上的標(biāo)稱頻率只是其固有的主頻率。用超聲脈沖波檢測(cè)介質(zhì)結(jié)構(gòu)性能的方法被稱作超聲脈沖法。

　　2.超聲脈沖法用于路橋樁基質(zhì)量檢測(cè)

　　路橋樁基是當(dāng)代建筑工程中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一，由于路橋樁基通常是在工地進(jìn)行配料、拌和、澆注、養(yǎng)護(hù)，其中一個(gè)環(huán)節(jié)稍有不慎都將影響其質(zhì)量。而路橋樁基標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)路橋樁基來說，畢竟是一種間接測(cè)定值，是路橋樁基在特定條件下的性能反映，當(dāng)施工中某環(huán)節(jié)存在問題，試件的可信度降低或結(jié)構(gòu)路橋樁基受外界因素侵蝕、損害時(shí)，就不能代表結(jié)構(gòu)路橋樁基的真實(shí)狀態(tài)。

　　我國(guó)《路橋樁基強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ107—87)中規(guī)定，當(dāng)對(duì)路橋樁基試件強(qiáng)度的代表性有懷疑時(shí)，可用從結(jié)構(gòu)中鉆取試樣或采用破損檢驗(yàn)的方法，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來推定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中路橋樁基的強(qiáng)度。

　　早在30年代初，路橋樁基無損檢測(cè)方法開始被探索和研究，我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究工作始于50年代中期，60年代初開始批量生產(chǎn)回彈儀，發(fā)展至今已使回彈法、超聲回彈綜合法、鉆芯法、拔出法、超聲缺陷檢測(cè)法等主要無損檢測(cè)技術(shù)規(guī)范化。

　　和其它單一檢測(cè)路橋樁基強(qiáng)度的無損檢測(cè)方法相比，超聲脈沖法既可檢測(cè)路橋樁基的強(qiáng)度，也可檢測(cè)結(jié)構(gòu)路橋樁基中的缺陷。

　　2.1 路橋樁基強(qiáng)度檢測(cè)

　　路橋樁基是由水泥石和骨料復(fù)合而成的彈塑性材料，組分和施工條件不同，都會(huì)影響路橋樁基的性質(zhì)。采用一種普通的數(shù)學(xué)模型，嚴(yán)密地描述結(jié)構(gòu)路橋樁基的強(qiáng)度是比較困難的。

　　超聲脈沖法檢測(cè)路橋樁基強(qiáng)度的基本依據(jù)，是根據(jù)超聲脈沖波在路橋樁基中的傳播速度與路橋樁基的彈性性質(zhì)存在著密切關(guān)系，以及路橋樁基的彈性模量與其力學(xué)強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)系，建立超聲波聲速與路橋樁基抗壓強(qiáng)度之間的相互關(guān)系，應(yīng)用超聲波探傷儀準(zhǔn)確地測(cè)量超聲脈沖波通過一定長(zhǎng)度的路橋樁基所需的聲時(shí)，計(jì)算出路橋樁基中的超聲波聲速，推定路橋樁基的強(qiáng)度。

　　超聲脈沖法測(cè)強(qiáng)以路橋樁基立方體試件28d齡期的抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn)，把這種路橋樁基當(dāng)作彈性體看待，而原材料品種、配合比、施工工藝等對(duì)檢測(cè)參數(shù)的影響，采用預(yù)先校正的方法建立超聲脈沖法測(cè)強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)公式加以消除。

　　通過測(cè)試大量不同配比及強(qiáng)度等級(jí)的路橋樁基的抗壓強(qiáng)度值和超聲波聲速，就可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立超聲脈沖法測(cè)強(qiáng)曲線。應(yīng)用超聲脈沖法檢測(cè)結(jié)構(gòu)路橋樁基強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)骨料品種、用量、所處環(huán)境的溫度及濕度等因素對(duì)路橋樁基聲速的影響程度，對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線重新校正。超聲波穿過分布有鋼筋的路橋樁基時(shí)，垂直于鋼筋的路橋樁基聲速可根據(jù)超聲波經(jīng)過鋼筋的聲程與總聲程的比值進(jìn)行修正。

　　2.2 路橋樁基缺陷檢測(cè)

　　對(duì)于原材料、配合比、齡期及測(cè)試距離一定的路橋樁基來說，路橋樁基越密實(shí)則聲速越高。路橋樁基中有空洞或裂縫時(shí)，超聲波只能繞過空洞或裂縫傳播到接收換能器，再加上空氣的聲阻抗率遠(yuǎn)低于路橋樁基的聲阻抗率，超聲波遇著蜂窩、空洞或裂縫等缺陷時(shí)，便在缺陷表面發(fā)生反射和散射現(xiàn)象，聲能量被衰減，其中頻率較高的成分衰減更快，接收信號(hào)的聲速、波幅和頻率明顯降低。所以，可以根據(jù)路橋樁基中超聲波聲學(xué)參數(shù)測(cè)量值的相對(duì)變化來判斷所測(cè)路橋樁基中缺陷的位置和范圍。

　　超聲脈沖波的穿透力較強(qiáng)，尤其是用于檢測(cè)路橋樁基缺陷時(shí)，檢測(cè)設(shè)備較簡(jiǎn)單，操作方便。1990年中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布了《超聲法檢測(cè)路橋樁基缺陷技術(shù)規(guī)程》，以利于推廣應(yīng)用。

　　水工結(jié)構(gòu)路橋樁基具有體積大、施工期長(zhǎng)、環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，施工過程中溫度控制措施不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，路橋樁基中易出現(xiàn)裂縫。澆注過程中漏漿、漏振時(shí)，路橋樁基中會(huì)存在蜂窩、空洞。當(dāng)澆注(碾壓)層面間處理不當(dāng)時(shí)，層與層之間的路橋樁基就不能較好地結(jié)合。超聲脈沖法不但可以檢測(cè)路橋樁基中裂縫、空洞、不均勻性這些缺陷，而且可以方便地檢測(cè)受侵蝕、凍融破壞的路橋樁基層厚度以及路橋樁基鉆孔灌注樁的連續(xù)性和均勻性。

　　2.2.1 路橋樁基裂縫檢測(cè)

　　當(dāng)裂縫部位處只有一個(gè)路橋樁基表面可供檢測(cè)時(shí)，可采用平測(cè)法進(jìn)行裂縫深度檢測(cè)。當(dāng)結(jié)構(gòu)路橋樁基的裂縫部位具有一對(duì)相互平行的表面時(shí)，可優(yōu)先選用對(duì)穿斜測(cè)法。保持T—R換能器的連線通過縫和不通過縫時(shí)測(cè)試距離相等、傾斜角一致的情況下，逐層逐點(diǎn)讀取接收波的聲時(shí)、波幅和頻率值。當(dāng)超聲波通過裂縫時(shí)，在裂縫界面上衰減，接收到的首波信號(hào)就很弱，聲時(shí)、波幅和頻率值與不過縫的測(cè)點(diǎn)相比較，存在著顯著差異。據(jù)此可判定裂縫的長(zhǎng)度和深度。

　　2.2.2 表面損傷層檢測(cè)

　　當(dāng)需要檢測(cè)路橋樁基結(jié)構(gòu)物表面在物理、化學(xué)因素作用下?lián)p傷層的厚度時(shí)，可將超聲波發(fā)射換能器T置于檢測(cè)面上某點(diǎn)保持不動(dòng)，再將接收換能器R以測(cè)距l(xiāng)i= 100 mm、150 mm、200 mm等依次移動(dòng)，并讀取相應(yīng)的聲時(shí)值。

　　當(dāng)測(cè)距較大時(shí)，超聲波透過損傷層沿著未損傷的路橋樁基傳播，聲時(shí)中的大部分反映了未損傷路橋樁基的傳播速度。當(dāng)測(cè)距達(dá)到某一測(cè)距時(shí)，沿?fù)p傷層傳播的脈沖波與經(jīng)過兩次穿透損傷層沿未損傷路橋樁基中傳播的脈沖波同時(shí)到達(dá)接收換能器。

　　2.2.3 其它缺陷檢測(cè)

　　路橋樁基中的蜂窩、空洞以及結(jié)合面處的缺陷，可將其視為“裂縫”，按2.2.1中的對(duì)穿斜測(cè)法檢測(cè)出缺陷的位置和尺寸。路橋樁基鉆孔灌注樁施工時(shí)在樁內(nèi)預(yù)埋聲測(cè)管后，通過分析在聲測(cè)管中移動(dòng)的超聲波探頭所接收到的脈沖波的聲時(shí)、波幅和頻率的變化，可判斷出樁體的均勻性和連續(xù)性，并結(jié)合聲速檢測(cè)樁體路橋樁基的強(qiáng)度。

　　3.結(jié)論

　　根據(jù)超聲脈沖法在路橋樁基工程質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用的原理和結(jié)果，可得出以下結(jié)論。

　　(1)超聲脈沖法用于檢測(cè)對(duì)接鋼焊縫質(zhì)量及鋼管壁厚，不但方便可行，而且經(jīng)濟(jì)可靠。

　　(2)超聲脈沖法不但可檢測(cè)結(jié)構(gòu)路橋樁基的強(qiáng)度，而且可定量地檢測(cè)路橋樁基中缺陷的位置和尺寸。

　　(3)隨著路橋樁基強(qiáng)度理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及超聲檢測(cè)技術(shù)的不斷完善，超聲脈沖法檢測(cè)路橋樁基工程質(zhì)量的能力會(huì)越來越強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來越廣。