超聲波法在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用及樁身缺陷加固措施

摘 要：橋梁樁基工程的工藝技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，其具體施工當(dāng)中會(huì)因?yàn)槎喾矫娴囊蛩赜绊?，具有較高的不穩(wěn)定性，因此對(duì)于現(xiàn)代橋梁工程而言，如何保障橋梁樁基工程的質(zhì)量是一項(xiàng)值得重視的問題。目前橋梁工程單位主要會(huì)采用超聲波檢測(cè)法對(duì)樁基質(zhì)量的檢測(cè)，以此實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的保障，此方法具有無損傷、實(shí)施簡(jiǎn)便、靈敏度較高、準(zhǔn)確性較高等多優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛引用，本文為了了解超聲波法對(duì)此方法的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并結(jié)合工程案例，對(duì)超聲波法檢測(cè)的樁身缺陷提出相關(guān)加固措施。

關(guān)鍵詞：超聲波法；橋梁樁基；加固措施

中圖分類號(hào)：U445.55+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）17-0156-02

引 言

為了保障橋梁樁基的質(zhì)量，工程單位有必要按規(guī)范要求對(duì)樁基工程進(jìn)行檢測(cè)，而目前應(yīng)用較為廣泛的檢測(cè)法為超聲波法。超聲波主要是通過超聲波儀來對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)，此方法的原理在于，通過超聲波儀對(duì)樁基預(yù)埋的聲測(cè)管發(fā)出聲波，并同時(shí)接收返回的聲波信號(hào)，再對(duì)聲波信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，即可了解樁身的質(zhì)量。

1 超聲波檢測(cè)法概述

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

此項(xiàng)技術(shù)在樁基混凝土檢測(cè)當(dāng)中的應(yīng)用較短，但此項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)可以追溯至1880年，而在此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，超聲波檢測(cè)法主要與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合使用，主要方法為：利用超聲波儀的功能，得出樁基樁身的各項(xiàng)參數(shù)，之后將參數(shù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)相關(guān)分析軟件當(dāng)中，利用軟件的功能對(duì)參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的分析，以此即可了解樁身的具體情況。目前相關(guān)的計(jì)算機(jī)分析軟件技術(shù)原理主要有：概率法、PSD判據(jù)、多因素概率分析法等[1]。

1.2 基本原理

超聲波檢測(cè)法的功效已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，此項(xiàng)技術(shù)的原理主要通過聲波在樁基混凝土內(nèi)部的傳播位置、速度、反射、透射、衰減等反應(yīng)來對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行判斷[2]。因?yàn)槌暡ㄊ且环N彈性介質(zhì)中的機(jī)械波，所以其運(yùn)行會(huì)因?yàn)闃痘鶅?nèi)部結(jié)構(gòu)的限制會(huì)產(chǎn)生彈射，并且運(yùn)行軌跡存在機(jī)械性，因此準(zhǔn)確度較高，表1為各種聲波的頻率范圍。

超聲波在樁基混凝土內(nèi)傳播時(shí)其會(huì)產(chǎn)生反射與透射，此兩種超聲波反應(yīng)是檢測(cè)的最主要依據(jù)。超聲波的反射與透射，在不同的介質(zhì)表面上就會(huì)發(fā)生不同的變化，例如聲波的傳播方向、波型、強(qiáng)度等等，進(jìn)而可能還會(huì)出現(xiàn)折射、繞射、散射等現(xiàn)象，而樁基混凝土作為一種復(fù)合材料，超聲波檢測(cè)法向其內(nèi)部輸送的超聲波，就會(huì)因?yàn)槠洳煌慕橘|(zhì)影響，而出現(xiàn)相應(yīng)的變化，通過變化分析即可詳細(xì)了解樁基混凝土的質(zhì)量。

1.3 適用范圍

目前，超聲波檢測(cè)法主要是對(duì)樁基的混凝土來進(jìn)行檢測(cè)，從而了解樁基的質(zhì)量，而部分樁基類型其中對(duì)于混凝土材質(zhì)的涉及較少，在此類樁基上采用超聲波檢測(cè)法，其檢測(cè)的結(jié)果就不會(huì)具有代表性，無法全面的對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行判定，因此總體來說超聲波檢測(cè)法不適用于混凝土涉及較少的樁基類型。

1.4 儀器設(shè)備

超聲波檢測(cè)法的應(yīng)用主要依靠相關(guān)設(shè)備來進(jìn)行工作，其中主要包括了超聲波檢測(cè)儀、換能器，下文對(duì)此進(jìn)行逐一分析。

（1）超聲波檢測(cè)儀。在超聲波檢測(cè)法當(dāng)中，超聲波檢測(cè)儀是最為核心的設(shè)備，其主要功能在于發(fā)射、接收超聲波，同時(shí)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的整合，屬于超聲波檢測(cè)法的開端。超聲波檢測(cè)儀在現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展之下，已經(jīng)出現(xiàn)了許多種類的超聲波檢測(cè)儀，其各自的都具備了不同的功能等，所以在實(shí)施超聲波檢測(cè)法時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際工程條件來對(duì)此儀器進(jìn)行選擇，表2常見超聲波檢測(cè)儀性能一覽，圖1PUNDIT。

（2）換能器。主要就是將換能器放入預(yù)埋聲測(cè)管當(dāng)中，通過設(shè)備本身的發(fā)射端與接收端的超聲波反應(yīng)來進(jìn)判定。換能器較為適用與水下環(huán)境，但在使用當(dāng)中需要注意水壓力對(duì)換能器線路的影響，以免檢測(cè)數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。

2 測(cè)試方法和數(shù)據(jù)處理、判定

2.1 主頻和波形判別法

主頻判別法，主要就是通過由多種頻率成分組成的超聲脈沖原理，將聲波注入于樁身混凝土中，在之后對(duì)聲波的傳播進(jìn)行記錄。當(dāng)高頻的聲波進(jìn)行傳播時(shí)，其成分會(huì)向低頻部分偏移，進(jìn)而形成頻漂現(xiàn)象，此時(shí)通過對(duì)超聲波中高頻部分偏移量的大小進(jìn)行觀察，即可反映出樁身完整性的好壞，而這種方法即為主頻判別法，此外，基于現(xiàn)代研究來看，主頻率判別法雖然效果十分準(zhǔn)確，但是很容受外界及儀器本身?xiàng)l件等因素的限制影響，所以難以運(yùn)行問題，因此在現(xiàn)代大部分的施工當(dāng)中，會(huì)將此方法作為作為一種輔助判別的方法，進(jìn)而有效的為其他檢測(cè)方法提供依據(jù)。

要通過聲波對(duì)樁身混凝土缺陷進(jìn)行有效判斷，可以通過聲波、聲時(shí)、波幅、主頻率、波形、PSD值等多個(gè)聲學(xué)指標(biāo)進(jìn)行判斷，而這些指標(biāo)單一來看各有優(yōu)缺點(diǎn)，所以無法只應(yīng)用單一的參數(shù)對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行全面、有效的評(píng)價(jià)，因此在進(jìn)行判別時(shí)，需要綜合的考慮到多項(xiàng)聲波參數(shù)的數(shù)據(jù)，而這種方法即為綜合判定發(fā)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，施工人員需要收集各參數(shù)特點(diǎn)，并通過綜合的分析對(duì)如聲時(shí)與混凝土彈性性質(zhì)相關(guān)，波幅對(duì)混凝土缺陷較聲速敏感等進(jìn)行分析，最終采用聲速、波幅、頻率等聲學(xué)參數(shù)綜合分析判斷樁身完整性，圖2為綜合判別流程圖。

2.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)處理法與樁基質(zhì)量判定

超聲波檢測(cè)法主要時(shí)依靠超聲波本身的彈性，在不同的介質(zhì)物體當(dāng)中傳播時(shí)，所產(chǎn)生的各項(xiàng)參數(shù)為基本依據(jù)，例如聲速、波幅、頻率、強(qiáng)度等，而對(duì)于此類參數(shù)的分析方面，主要可以通過混凝土的物理力學(xué)指標(biāo)來進(jìn)行分析。因?yàn)槌暡▍?shù)與混凝土的物理力學(xué)存在關(guān)系，所以利用此關(guān)系對(duì)樁基的質(zhì)量進(jìn)行判定。

3 工程案例

某工程樁基混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，設(shè)計(jì)直徑為1500mm，樁基長(zhǎng)度為30m。此工程在施工之前已經(jīng)預(yù)埋了3根聲測(cè)管，以三角形形式分布。檢測(cè)當(dāng)中以每200mm為一個(gè)測(cè)點(diǎn)開始檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果主要通過樁身影像圖、波形圖顯示，如圖3～4所示。

通過樁身影像圖、波形圖的中的波速、波幅、PSD曲線、可以看出，此樁基并不存在過大的缺陷，而為了詳細(xì)了解樁基質(zhì)量，還需要對(duì)參數(shù)進(jìn)一步分析。而通過混凝土的完整性參數(shù)分析的結(jié)果來看，此樁基總體評(píng)價(jià)為優(yōu)其完整性相對(duì)良好，只在樁頂部分存在混凝土質(zhì)量偏差的現(xiàn)象，總體而言此樁基可靠性較強(qiáng)，但為了保障工程質(zhì)量，依舊需要對(duì)樁頂部分存在混凝土質(zhì)量進(jìn)行鞏固。

因此該工程對(duì)樁頂混凝土進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)主要方法為鉆芯法與壓力試驗(yàn)機(jī)的結(jié)合使用，其首先通過鉆芯法對(duì)缺陷部位的混凝土進(jìn)行取樣，之后對(duì)樣品表面進(jìn)行加工，高徑比為1：1，并觀察其是否出現(xiàn)存在麻面等現(xiàn)象，之后采用壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行抗壓試驗(yàn)檢測(cè)。從抗壓試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果上來看，該樁頂混凝土存在強(qiáng)度不足的現(xiàn)象，整體性能上如果樁基遭受較大豎向荷載的應(yīng)力，還是可能會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降、側(cè)向位移等事故，因此加固方案將對(duì)樁基頂部混凝土質(zhì)量進(jìn)行處理，使其滿足設(shè)計(jì)要求。

加固措施方面，該工程首先采用了混凝土重新填充的方式來進(jìn)行處理，具體實(shí)施方面，首先鑿除強(qiáng)度等級(jí)較低的混凝土，并用高壓水槍將表面進(jìn)行清理，之后采用混凝土灌注工藝，將強(qiáng)度高于原有混凝土的混凝土填入樁基當(dāng)中，最終通過相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)改善。經(jīng)過復(fù)測(cè)，樁身完整性滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4 結(jié) 語

超聲波檢測(cè)法在橋梁樁基工程中的應(yīng)用十分廣泛，但依舊存在一定的局限性，因此該方法未來的發(fā)展應(yīng)當(dāng)突破局限性。其次，在使用超聲波檢測(cè)法時(shí)，需要注重相關(guān)儀器的使用要點(diǎn)，以此即可保證超聲波檢測(cè)法的準(zhǔn)確性、可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]陳王劍.超聲波法在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].黑龍江交通科技，2014（2）：104～105.

[2]伍志昊.超聲波透射法在橋梁樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].工程技術(shù)：文摘版，2016（11）：00247.

[3]潘慧明.超聲波透射法在橋梁樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2015，17（6）：101～105.

收稿日期：2018-5-11

作者簡(jiǎn)介：黃 杰（1990-），男，助理工程師，本科，主要從事工程質(zhì)量檢測(cè)、加固設(shè)計(jì)等工作。