超聲波法在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

玉劍兵

（廣西正高工程技術(shù)有限公司　廣西　南寧　530000）

超聲波法在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

玉劍兵

（廣西正高工程技術(shù)有限公司廣西南寧530000）

樁基是橋梁工程的基礎(chǔ)，同時(shí)具有承載和抗震的重要作用。因此，做好樁基的檢測(cè)管理工作是評(píng)估樁基結(jié)構(gòu)以及整個(gè)橋梁工程結(jié)構(gòu)安全的重要保障。本文主要分析了超聲波法中透射法的工作原理、透射法在橋梁樁基檢測(cè)中的具體應(yīng)用，并對(duì)其注意事項(xiàng)進(jìn)行了探討，以期能為我國(guó)的橋梁工程項(xiàng)目更好的進(jìn)行建設(shè)奠定理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，促進(jìn)國(guó)家建設(shè)事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

超聲波法；橋梁樁基；檢測(cè)；應(yīng)用

1　前言

由于樁基施工易受到地質(zhì)條件、作業(yè)管理以及施工工藝等多方面的影響，采用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)保證樁基施工質(zhì)量十分關(guān)鍵。超聲波法是現(xiàn)階段樁基工程中最適宜的一種檢測(cè)方式，該方法不僅可準(zhǔn)確檢測(cè)到橋梁工程樁基的缺陷部位，并進(jìn)行準(zhǔn)確定位，而且還具有檢測(cè)深度深和測(cè)定范圍大的優(yōu)點(diǎn)，相比較于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，在很大程度上提高了樁基檢測(cè)的工作效率和質(zhì)量，十分適用于橋梁工程的樁基檢測(cè)。

2　超聲波法在橋梁樁基檢測(cè)中的工作原理

按照超聲波的接收和傳播途徑可將超聲波分為透射法和回波法兩種，由于回波法更加適合在均勻介質(zhì)中進(jìn)行使用，比如，檢測(cè)金屬結(jié)構(gòu)等。對(duì)于非均質(zhì)組成樁基而言，當(dāng)前主要使用透射法實(shí)施檢測(cè)。透射法在橋梁工程的樁基檢測(cè)工作中主要按照如下原理進(jìn)行：在混凝土的橋梁樁基中預(yù)埋相應(yīng)的檢測(cè)管，并在管內(nèi)注入足量清水后，將超聲波設(shè)備的發(fā)射和接收探頭安置在管兩側(cè)的部位。當(dāng)設(shè)備發(fā)出脈沖后經(jīng)過所檢測(cè)樁基時(shí)，設(shè)備的接收器會(huì)進(jìn)行相關(guān)信息的接收，最終得到脈沖穿過樁基的時(shí)間、波幅、主頻率、波形等相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而通過分析這些參數(shù)，判斷樁基的施工質(zhì)量和存在質(zhì)量缺陷的具體位置，同時(shí)，還可以對(duì)混凝土的均勻性以及強(qiáng)度做出評(píng)價(jià)。

3　采用超聲波透射法對(duì)橋梁樁基進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)的流程及數(shù)據(jù)分析

3.1準(zhǔn)備工作

3.1.1聲測(cè)管預(yù)埋

采用超聲波透射法對(duì)橋梁樁基進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)需先進(jìn)行聲測(cè)管的預(yù)埋，在樁基直徑＜1.5m時(shí)，通常需要預(yù)埋聲測(cè)管3根，如果樁基直徑＞1.5m時(shí)，一般需要預(yù)埋聲測(cè)管4根，才能準(zhǔn)確的檢測(cè)出橋梁樁基的施工缺陷情況。其中，所預(yù)埋的聲測(cè)管應(yīng)該選擇使用金屬材質(zhì)，并選擇使用螺紋連接方式進(jìn)行管間的連接工作，聲測(cè)管的內(nèi)徑至少需要超過換能器外徑尺寸為1.5cm。安裝聲測(cè)管時(shí)，施工人員可通過使其與鋼筋籠共同綁扎的形式進(jìn)行安裝，并于聲測(cè)管底部實(shí)施封閉，為有效避免各種雜物的進(jìn)入，施工人員需要做好加封口蓋的處理工作，其中，管口需要高出樁基的尺寸為30cm。

3.1.2仔細(xì)檢查儀器設(shè)備

進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測(cè)所需的主要儀器設(shè)備包括：換能器、聲波測(cè)試儀和顯示系統(tǒng)的相關(guān)組成等。除此之外，檢測(cè)人員還需要對(duì)超聲波透射法的聲時(shí)的修正值以及檢測(cè)延遲時(shí)間進(jìn)行確定等。為保證檢測(cè)工作的順利開展，做好檢測(cè)過程中所需設(shè)備的檢查工作十分重要[1]。

3.2檢測(cè)流程

接收和發(fā)射換能器應(yīng)于同一標(biāo)高范圍內(nèi)實(shí)施檢測(cè)，檢測(cè)按照從管底部起下往上的順序進(jìn)行，測(cè)量出超聲波的波幅、行聲時(shí)間以及接收波的頻率等各個(gè)參數(shù)，及時(shí)記錄出現(xiàn)的異常波形，通過斜測(cè)、平測(cè)、扇形掃測(cè)以及雙向斜測(cè)等模式實(shí)施加密測(cè)量。如果橋梁的樁基具有幾根或者多根聲測(cè)管，檢測(cè)人員應(yīng)該按照兩根管為一組的方式對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行分組檢測(cè)。當(dāng)對(duì)每組聲測(cè)管完成試驗(yàn)檢測(cè)后，檢測(cè)人員還需要對(duì)整個(gè)橋梁樁基實(shí)施隨機(jī)復(fù)檢，抽檢量需要控制為試驗(yàn)檢測(cè)總量的15％左右[2]。其中：判定原則為：采用以聲速、波幅判據(jù)為主，結(jié)合接受波形的畸變情況、PSD值的變化相結(jié)合綜合判定。同時(shí)，應(yīng)注意檢查數(shù)據(jù)的合理性：①若其他剖面聲速正常，僅一個(gè)剖面聲速整個(gè)明顯偏大或偏小，應(yīng)復(fù)核管距數(shù)值，或排除儀器系統(tǒng)原因；②有聲測(cè)管傾斜情況時(shí)，應(yīng)作管斜測(cè)距修正。

3.3數(shù)據(jù)分析及處理

橋梁樁身的缺陷判斷主要以超聲波產(chǎn)生的聲速以及波幅臨界值綜合PSD判據(jù)來判定，具體可利用斜率法進(jìn)行。首先，按照測(cè)線上每個(gè)點(diǎn)的聲時(shí)結(jié)果進(jìn)行深度-聲時(shí)相應(yīng)曲線的繪制，并做出聲時(shí)的臨界線，在聲時(shí)＞臨界線時(shí)所對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)可被判斷為異常點(diǎn)。然后，利用深度-聲時(shí)曲線的相鄰測(cè)點(diǎn)斜率（K）及相鄰聲時(shí)的差值（Δt）繪制出h-K·Δt曲線（PSD判據(jù)）。

式中：di-di-1和ti-ti-1分別表示相鄰測(cè)點(diǎn)的深度差和聲時(shí)差。首先依據(jù)曲線中出現(xiàn)的突變位置，初步對(duì)可能存在質(zhì)量缺陷的部位進(jìn)行判定，再綜合聲速以及波幅情況進(jìn)行進(jìn)一步判定。綜合分析波幅-深度以及聲速-深度兩個(gè)曲線和臨界線情況，當(dāng)波幅或者聲速低于臨界點(diǎn)時(shí)，該測(cè)點(diǎn)異常。最后，依據(jù)初步判定的可疑測(cè)點(diǎn)的數(shù)值大小和分布情況判斷出存在質(zhì)量缺陷的范圍和具體位置[3]。為確保數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，應(yīng)綜合觀察各聲參數(shù)～深度曲線及波列圖。無異常點(diǎn)時(shí)：若曲線規(guī)則、波形正常，無明顯跳躍變化，應(yīng)說明檢測(cè)剖面材料均勻，樁身完整，聲速臨界值在合理范圍，可判完整性Ⅰ類；有異常點(diǎn)時(shí)：判斷基本上以聲速為主。對(duì)低于聲速臨界值的測(cè)點(diǎn)或PSD判據(jù)中的可疑點(diǎn)，除了看其聲速值，也還應(yīng)看其波幅值也明顯偏低。異常點(diǎn)的聲速值與正常取值偏差不大時(shí)一般不應(yīng)判為缺陷點(diǎn)。缺陷點(diǎn)的接收波形一般都會(huì)有不同程度的畸變，缺陷越嚴(yán)重，畸變?cè)矫黠@。

3.4使用超聲波透射法對(duì)橋梁樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)的主要注意事項(xiàng)

3.4.1注意做好聲測(cè)管的安裝工作

在安裝聲測(cè)管時(shí)，施工人員應(yīng)該采用平行的安裝模式，如果安裝不平行，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)出的離散系數(shù)、均方差、聲時(shí)值以及平均聲速等出現(xiàn)偏離。

3.4.2注意樁基齡期的影響

樁基齡期會(huì)對(duì)超聲波的檢測(cè)信號(hào)以及波形產(chǎn)生很大的影響，在采用超聲波透射法對(duì)橋梁樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)人員應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范的要求進(jìn)行檢測(cè)，規(guī)范要求樁基齡期應(yīng)該滿足14d的情況下才可實(shí)施檢測(cè)，至少也需要滿足7d的情況下才能實(shí)施檢測(cè)。如果樁基齡期不滿足要求，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)則會(huì)呈現(xiàn)接收信號(hào)不強(qiáng)或者是波形嚴(yán)重衰減的問題，進(jìn)而難以得出準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

3.4.3注意地下水的水位

在對(duì)橋梁工程的樁基進(jìn)行水泥澆筑時(shí)，如果樁身出現(xiàn)孔洞，當(dāng)這一孔洞的位置處于地下水位的下部時(shí)，很可能會(huì)引發(fā)地下水的穿孔問題。由于使用超聲波透射法對(duì)橋梁樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)難以避免水位產(chǎn)生的影響，超聲波在穿透缺陷時(shí)實(shí)際上也穿透了地下水，進(jìn)而將滲入水的探測(cè)值包含于最終的檢測(cè)結(jié)果中，嚴(yán)重影響了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在質(zhì)量缺陷檢測(cè)范圍較小的情況下，也很容易出現(xiàn)漏判的問題。

4　關(guān)于超聲波透射法檢測(cè)技術(shù)的未來展望

關(guān)于超聲波透射法檢測(cè)技術(shù)的未來展望，本研究主要考慮了如下幾個(gè)方面：①對(duì)于聲測(cè)管預(yù)埋環(huán)節(jié)而言，還需要逐漸形成集檢測(cè)、補(bǔ)強(qiáng)以及加固等措施為一體的更加具有安全性和可靠性的有效途徑。②我國(guó)當(dāng)前采用超聲波透射法對(duì)橋梁樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，主要是通過對(duì)波速、頻率以及波幅等進(jìn)行單一指標(biāo)或者簡(jiǎn)單組合指標(biāo)的方式對(duì)整個(gè)橋梁樁基的整體質(zhì)量情況進(jìn)行分析和判斷，卻忽視了指標(biāo)綜合作用對(duì)橋梁樁基評(píng)判結(jié)果的影響，因此，未來應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況，完善和改進(jìn)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其中的聲學(xué)參數(shù)開展頻譜的分析，并用于混凝土混凝土缺陷以及強(qiáng)度的檢測(cè)工作中，進(jìn)而減少或者避免誤判率。此外，當(dāng)前判定的樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果僅處于定性的層面，缺乏定量的分析，需要對(duì)此進(jìn)行更為深入的研究。

5　結(jié)束語

綜上所述，為保證樁基質(zhì)量，采用超聲波法進(jìn)行檢測(cè)十分可行。橋梁工程質(zhì)量直接關(guān)乎到人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)影響到整個(gè)橋梁的施工質(zhì)量。因此，技術(shù)人員使用超聲波法時(shí)，首先應(yīng)該明確該種檢測(cè)技術(shù)的基本工作原理，并按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作，通過科學(xué)分析數(shù)據(jù)，提高采用超聲波法進(jìn)行樁基檢測(cè)的準(zhǔn)確度，只有為橋梁樁基工程提供精確的評(píng)判依據(jù)，才能推動(dòng)橋梁工程的穩(wěn)定發(fā)展。

[1]馬溁.超聲波透射法在橋梁樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用[J].公路與汽運(yùn)，2014，01（06）：173.

[2]王彪.超聲波法和低應(yīng)變法在橋梁基樁檢測(cè)中的應(yīng)用探析[J].黑龍江交通科技，2014，01（06）：132.

[3]谷林峰.超聲波法與低應(yīng)變法在橋梁基樁檢測(cè)中的綜合應(yīng)用[J].山西建筑，2013，39（21）：170.

U43.15

A

1673-0038（2015）29-0316-02

2015-7-3

玉劍兵（1983-），男，初級(jí)，本科，主要從事工程試驗(yàn)檢測(cè)工作。