論超聲波法在橋梁樁基檢測(cè)中應(yīng)用
2010-12-31 00:00:00吳柏林
現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè) 2010年8期
摘 要:主要介紹了超聲波法的檢測(cè)原理、檢測(cè)方法及數(shù)據(jù)分析方法，在此基礎(chǔ)上提出了在樁基檢測(cè)中的具體工作中需要的注意的一些問題。
關(guān)鍵詞:超聲波法;透射法;樁基檢測(cè)
中圖分類號(hào):TU
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1672-3198(2010)08-0298-01
0 前言
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨笠才c日俱增，近年來我國(guó)建設(shè)了大量的高等級(jí)公路，大型高速公路橋梁結(jié)構(gòu)物也越來越多。而樁基作為橋梁基礎(chǔ)的一種重要形式，在很多工程中都有應(yīng)用。在這類工程中，樁基是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)，它的質(zhì)量好壞對(duì)結(jié)構(gòu)物使用的可靠性、耐久性具有決定性的作用。故橋梁樁基的檢測(cè)在樁基的質(zhì)量控制、使用功能保證中起著舉足輕重的作用。
1 超聲波法的檢測(cè)原理
超聲波法可以根據(jù)波的傳播途徑和接收方式分為兩種:
(1)透射法;
(2)回波法。回波法在金屬探傷方面有著非常廣泛的應(yīng)用，但由于混凝土的非勻質(zhì)性，回波法的效果受到了嚴(yán)重的影響，目前應(yīng)用較多的是透射法。本文也主要介紹超聲波透射法的應(yīng)用情況。
超聲波透射法檢測(cè)的基本原理是:首先在樁基內(nèi)部預(yù)埋若干檢測(cè)管以形成檢測(cè)通道，發(fā)射探頭和接收探頭都安裝在聲測(cè)管中。檢測(cè)儀器使用過程中會(huì)發(fā)射出周期性的電脈沖，通過發(fā)射換能器的壓電體轉(zhuǎn)換為超聲脈沖，超聲脈沖穿過待測(cè)的樁基混凝土后被換能器接收，然后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，最終在儀器上顯示超聲脈沖波形及頻譜、穿過混凝土所需的時(shí)間、接受波幅值、脈沖主頻率等參數(shù)。通過對(duì)這些參數(shù)的全面、細(xì)致的綜合分析，我們就可以判斷樁基混凝土內(nèi)部的各種缺陷的性質(zhì)、位置等，在此基礎(chǔ)上判斷混凝土總體的均勻性和強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)。
2 檢測(cè)方法
超聲波透射法按發(fā)射和接收換能器的相對(duì)高程的不同分為三種:扇形掃測(cè)法、平測(cè)法和斜測(cè)法(如圖1所示)，應(yīng)用較多的是平測(cè)法和斜測(cè)法。
圖1 平測(cè)、斜測(cè)及扇形測(cè)法(按從左到右的順序)
平測(cè)法是將發(fā)射和接收換能器放在同一高度進(jìn)行測(cè)試。這種檢測(cè)方法可以檢查出豎直方向上的缺陷的位置和大小，缺點(diǎn)在于無法確定缺陷在水平方向的位置。斜測(cè)法是指發(fā)射和接收換能器不在同一高度進(jìn)行的測(cè)試，斜測(cè)法是平測(cè)法的重要補(bǔ)充，可以有效避免平測(cè)中無法確定缺陷水平位置的問題。具體應(yīng)用中，要保持發(fā)射和接收換能器的高程差不變，并對(duì)每一個(gè)截面進(jìn)行兩次完全獨(dú)立的檢測(cè)。兩個(gè)換能器的高程差越大，對(duì)缺陷在水平方向的位置判斷就越準(zhǔn)確，但隨著高程的加大，接收換能器所能接收的測(cè)試信號(hào)也相應(yīng)減少，也會(huì)影響最后的缺陷判斷。因此，在實(shí)際工程中，掌握合適的發(fā)射和接收換能器高程差對(duì)提高缺陷位置判斷準(zhǔn)確性具有重要的意義。
3 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析、處理
目前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理的方法主要有三種:基于聲時(shí)的數(shù)據(jù)分析、基于波幅的數(shù)據(jù)分析以及基于“聲時(shí)-深度曲線”的數(shù)據(jù)分析。下面做一個(gè)比較詳細(xì)的介紹。
3.1 基于聲時(shí)的數(shù)據(jù)分析
選取聲時(shí)平均值μt與聲時(shí)2倍標(biāo)準(zhǔn)差δt之和作為判定樁身有無缺陷的臨界值(St)。
μt=∑tin(1)
δt=∑(ti-μt)2/n(2)
St=μt+2δt(3)
其中:n為測(cè)點(diǎn)的數(shù)量;ti為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值。
判斷方法:若ti>St，則可以認(rèn)定該樁基在所測(cè)的深度處可能存在缺陷。
3.2 基于波幅的數(shù)據(jù)分析
在所有的聲學(xué)參數(shù)中，波幅是對(duì)樁基缺陷最為敏感的參數(shù)，這也是可以采用波幅進(jìn)行樁基質(zhì)量判斷的依據(jù)。這種方法選取接收節(jié)能器接收到的超聲波信號(hào)波幅平均值(μq)的一半作為判斷樁身有無缺陷的臨界值(Qd)。
Qd=μq-6(4)
μq-∑qin(5)
其中:qi為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的波幅;n為測(cè)點(diǎn)數(shù)。
判斷方法:若qi 3.3 基于“聲時(shí)-深度曲線”的數(shù)據(jù)分析 也稱PSD法。PSD對(duì)缺陷也非常敏感，故可以選取PSD判斷缺陷所存在的范圍。此種方法選取聲時(shí)-深度曲線相鄰測(cè)點(diǎn)的斜率K與相鄰兩點(diǎn)聲時(shí)差值Δt的乘積為臨界值。 PSD=K×Δt(6) 判斷方法:實(shí)際所測(cè)PSD大于出現(xiàn)斷樁或全斷面夾層時(shí)的臨界PSD值時(shí)，則可以判定樁基在該測(cè)試點(diǎn)斷樁。 4 應(yīng)用超聲波透射法檢測(cè)注意事項(xiàng) 由于工程的特殊性和復(fù)雜性，超聲波透射法在實(shí)際應(yīng)用中不可能像理論完全一致，還需要考慮其他的一些影響因素，主要是以下幾個(gè)方面。 4.1 地下含水量 如果樁身在澆筑過程中產(chǎn)生了孔洞且孔洞位置在地下水位之下時(shí)，地下水便會(huì)進(jìn)行孔洞。當(dāng)應(yīng)用超聲波進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，聲波穿透缺陷過程中實(shí)際上還穿透了地下水。如果檢測(cè)缺陷的范圍比較小，就有可能造成漏判。 4.2 樁基齡期 樁基齡期對(duì)超聲波檢測(cè)時(shí)的信號(hào)和波形影響很大。規(guī)范中要求齡期達(dá)到14天才能進(jìn)行檢測(cè)，如果時(shí)間上不允許，也應(yīng)最低應(yīng)滿足7d齡期的要求。若齡期不符合要求，檢測(cè)過程中可能出現(xiàn)接收信號(hào)比較微弱，波形衰減非常嚴(yán)重的情況。 4.3 聲測(cè)管布局方式 聲測(cè)管主要有三種布局方式，如圖2所示。其中陰影區(qū)域?yàn)槌暡z測(cè)的有效檢驗(yàn)區(qū)。 圖2 聲測(cè)管的三種布局方式 對(duì)應(yīng)樁身直徑小于1m的，采用方案I即可，大體上可以反映出的整個(gè)橫截面各部位的主要缺陷。樁身直徑大于或等于1m的，采用方案Ⅱ比較合適，雖然在中心位置存在盲區(qū)，但在實(shí)際工程中，中心存在缺乏的可能性也非常小，故檢測(cè)效果可以得到保證。對(duì)于一些工程中的大直徑樁，方案Ⅲ是最佳選擇，這種方案的檢測(cè)盲區(qū)是最小的，能夠最大限度地保證檢測(cè)的全面性。在實(shí)際工程中，對(duì)應(yīng)不同的樁基采用相對(duì)應(yīng)合適的聲測(cè)管布局方法對(duì)提高超聲波檢測(cè)的準(zhǔn)確性具有重要的意義。 4.4 聲測(cè)管安裝 聲測(cè)管安裝時(shí)需要保證各聲測(cè)管平行安裝，超聲波檢測(cè)過程中出現(xiàn)的問題很多都因?yàn)槁暅y(cè)管的安裝不平行。不平行導(dǎo)致一系列的問題，如檢測(cè)的聲時(shí)值、均方差、離散系數(shù)、平均聲速等統(tǒng)計(jì)值產(chǎn)生偏離。此外，對(duì)于泥漿護(hù)壁灌注樁樁身檢測(cè)時(shí)，可能在施工過程中泥漿比重過大，附著在聲測(cè)管上導(dǎo)致局部的聲測(cè)管被很厚的泥皮包圍，從而使超聲波波幅減小，最后導(dǎo)致誤判。 5 結(jié)語(yǔ) 橋梁樁基檢測(cè)還存在其他的一些檢測(cè)方法，如低應(yīng)變法等。超聲波法由于其檢測(cè)結(jié)果能直觀反映樁身缺陷的位置、大小及嚴(yán)重程度，檢測(cè)質(zhì)量十分可靠，操作非常簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)成為樁基檢測(cè)中最常用的方法之一。但目前對(duì)樁基的檢測(cè)還只是停留在定性判斷上，還無法進(jìn)行定量分析，這需要相關(guān)的技術(shù)人員、專家學(xué)者投入到這一研究領(lǐng)域中來，推動(dòng)樁基檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。 參考文獻(xiàn) [1]林維正，蘇勇，洪有根.混凝土裂縫深度超聲波檢測(cè)方法[J].無損檢測(cè)，2001，(8):49. [2]岳丹，王菊.混凝土框架梁內(nèi)部缺陷的超聲波檢測(cè)及分析[J].東北煤炭技術(shù)，1999，(8):104. [3]曾永軍，趙偉封，林江奕.淺談超聲法檢測(cè)灌注樁的應(yīng)用[J].山西建筑，2006，32(18):71-72.
