超聲波法在橋梁基樁檢測中的應(yīng)用

方 銳

（四川金通工程試驗(yàn)檢測有限公司 610000）

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我國公路建筑工程得到了快速的發(fā)展，其建筑方式也逐漸發(fā)生了改變?；鶚蹲鳛闃蛄旱幕A(chǔ)，主要起著承載橋身的重量，并將其荷載有效傳遞到下層的土層或者巖層結(jié)構(gòu)，提高橋梁的穩(wěn)定性并緩解橋梁基礎(chǔ)沉降的作用。因而，基樁質(zhì)量的好壞直接影響著整個橋梁質(zhì)量的好壞及其安全性。然而，由于受到工程地質(zhì)條件、施工人員技術(shù)水平以及施工材料等因素的影響，對橋梁基樁工程的質(zhì)量很難進(jìn)行有效的控制，縮頸、斷裂以及混凝土離析等問題時有發(fā)生，極容易影響基樁的承載能力，引發(fā)橋梁安全事故的發(fā)生。因此，在日常的施工過程中，為了保證橋梁基樁的質(zhì)量，一定要做好橋梁基樁的檢測工作。超聲波檢測法作為一種具有較高精確度的檢測方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于橋梁基樁的檢測。因此，本文就超聲波法在橋梁基樁檢測中的應(yīng)用進(jìn)行具體的介紹，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供一定的參考。

1 超聲波法的基本原理

超聲波法根據(jù)其傳播方式以及接收方式的不同，可以分為超聲波透射法以及超聲波回波法。超聲波回波法主要適用于較為均勻的材料介質(zhì)，例如金屬材料等，其介質(zhì)基本不會對超聲波產(chǎn)生影響或者阻礙；而超聲波透射法對材料的介質(zhì)沒有要求，對于混凝土或者鋼筋非均勻的材料仍然可以進(jìn)行測定，因而對于橋梁基樁的檢測普遍采用超聲波透射法進(jìn)行測定。

超聲波透射法的基本原理為：首先在基樁的內(nèi)部安裝一定數(shù)量的聲測管，并在聲測管內(nèi)部安裝能夠發(fā)射以及接受超聲波的探頭，將聲測管內(nèi)灌滿清水作為耦合劑。通過探頭發(fā)射超聲波脈沖信號，在經(jīng)過需要檢測的基樁后，接收器會將接收到的超聲波脈沖信號顯示出來，相關(guān)檢測人員可以通過超聲波脈沖信號時間的長短、頻率、波動幅度的大小以及形狀頻譜等數(shù)據(jù)對基樁混凝土的充實(shí)情況、以及離析、蜂窩等的具體位置進(jìn)行確定，進(jìn)而判斷橋梁基樁的總體強(qiáng)度以及均勻性[1]。

2 超聲波透射法的類型

根據(jù)發(fā)射與接收設(shè)備的高度以及轉(zhuǎn)換程度的不同，可以將聲波透射法分為平測法、斜測法以及扇形掃測法三種。在橋梁基樁檢測中應(yīng)用較為廣泛的是平測法以及斜測法。

2.1 平測法

平測法的發(fā)射器以及接收換能器始終在同一標(biāo)高上，因而平測法可以確定基樁垂直方向上缺陷的大小以及嚴(yán)重程度，對水平方向上缺陷的部位不能進(jìn)行確定。因而，平測法水平方向的缺陷需要通過斜測法來進(jìn)行彌補(bǔ)。

2.2 斜測法

斜測法在對基樁進(jìn)行檢測時，其發(fā)射器以及接收換能器不在同一個標(biāo)高上，而是采取一個固定的高程差對剖面進(jìn)行。高程差越大，其所測得的基樁水平方向上的缺陷就越精確，但是如果高程差過大，測試信號就更容易被其他信號所干擾，從而對其測量結(jié)果造成影響。因而，采用斜測法進(jìn)行基樁的測量時，需要結(jié)合具體的實(shí)際情況選擇合適的高程差，從而得到最為精確的檢測結(jié)果。

2.3 扇形掃測法

扇形掃測法對基樁進(jìn)行檢測時，一個換能器固定在某一個高程不動，而另一個換能器進(jìn)行逐點(diǎn)移動。由于各個測點(diǎn)之間的測距均不相同，使得其測線呈扇形分布。當(dāng)樁頂或者樁底等無法進(jìn)行斜側(cè)法的部位，或者為了減少換能器的升降次數(shù)，對可疑點(diǎn)的異常情況進(jìn)行核實(shí)并確定其縱向范圍時主要采用扇形掃測法進(jìn)行測量。

3 超聲波法檢測流程

3.1 準(zhǔn)備工作

3.1.1 預(yù)埋聲測管

對于直徑小于等于1.5m的基樁，一般應(yīng)埋設(shè)三根聲測管，而對于直徑大于1.5m的基樁，一般需要埋設(shè)四根聲測管。聲測管應(yīng)盡量選擇金屬管，管與管之間應(yīng)采用螺紋進(jìn)行連接。此外，聲測管的內(nèi)徑應(yīng)比換能器的外徑大1.5cm以上。

3.1.2 儀器設(shè)備的檢查

在對基樁質(zhì)量進(jìn)行檢測之前，應(yīng)首先對聲波測試儀、換能器以及顯示系統(tǒng)等各個檢驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)行檢查，確保其通電后能夠正常使用。此外，還應(yīng)對檢測過程中的延遲時間以及聲時修正值進(jìn)行相關(guān)檢測。

3.2 檢測流程

首先將發(fā)生以及接受換能器置于聲測管中并確保其能夠進(jìn)行正常的升降。接著對檢測儀器的具體參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證接受信號的較高信噪比。將發(fā)射以及接受換能器設(shè)置在同一標(biāo)高或者固定高程差后，即可從聲測管的底部自下而上的對超聲波的波幅以及接受波的頻率等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測量。對每組聲測管檢測結(jié)束后，應(yīng)隨機(jī)抽取10%-20%進(jìn)行重復(fù)性的測試，盡可能將聲時相對標(biāo)準(zhǔn)差控制在5%以內(nèi)，波幅相對標(biāo)準(zhǔn)差控制在 10%以內(nèi)。如果聲時或者波幅存在明顯的異常應(yīng)進(jìn)行重復(fù)性測試[2]。

3.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要包括分別基于聲時、波幅以及聲時-深度曲線的三種數(shù)據(jù)分析方法。

3.3.1 基于聲時的數(shù)據(jù)分析

通過平均值與聲時 2倍標(biāo)準(zhǔn)差二者之間的臨界值來判定樁身是否存在缺陷。如果某已測試點(diǎn)的值大于總和的臨界值，那么可以確定這一測試點(diǎn)存在缺陷。

3.3.2 基于波幅的數(shù)據(jù)分析

波幅是最能夠反應(yīng)基樁質(zhì)量的參數(shù)。根據(jù)接收到的超聲波信號波幅平均值的二分之一就能夠判斷樁身是否存在缺陷以及其缺陷程度。如果某個測試點(diǎn)其測定值大于所有測定值之和的二分之一，即可確定此測試點(diǎn)處存在缺陷。

3.3.3 基于聲時-深度曲線的數(shù)據(jù)分析

基于省時-深度曲線的數(shù)據(jù)分析也成PSD法。通過選取聲時-深度曲線相鄰測點(diǎn)的斜率與兩點(diǎn)聲時差值的乘積做為臨界值。如果某一測點(diǎn)的PSD值大于斷樁處或者全斷面處的臨界PSD值，則可以確定此測試點(diǎn)存在斷樁。

4 超聲波法的優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)缺陷

4.1 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

做為一種橋梁基樁完整性檢測的無損檢測方法，超聲波法其檢測儀器較為輕便，同時具有較強(qiáng)的抗干擾能力，其測量結(jié)果準(zhǔn)確度較高，而且測量時間短，已經(jīng)被廣泛用于基樁完整性的測量。

4.2 技術(shù)缺陷

首先，超聲波法的檢測過程需要預(yù)埋聲測管，預(yù)埋聲測管不僅較為復(fù)雜，而且其預(yù)埋位置等對測試結(jié)果具有很大的影響。其次，樁身混凝土的齡期對聲測結(jié)果也會產(chǎn)生較大的影響；此外，超聲波法只能確定聲測管之間混凝土的缺陷情況，對于樁中心的較小缺陷、莊周的局部縮頸以及擴(kuò)頸等缺陷并不能進(jìn)行準(zhǔn)確的測[3]。

5 超聲波法進(jìn)行檢測時的注意事項(xiàng)

5.1 聲測管安裝

首先，施工單位應(yīng)采用管壁厚度大于3mm，內(nèi)徑為43-60mm的鋼管作為聲測管，在聲測管的安裝、施工過程中，應(yīng)做好對聲測管的保護(hù)從而防止聲測管變形造成的影響；另外，在檢測工作開始之前應(yīng)對聲測管進(jìn)行探測，對于堵管現(xiàn)象要及時進(jìn)行疏通從而防止聲測管堵塞對檢測儀器以及測量結(jié)果造成的影響；此外，聲測管要采用平行方式進(jìn)行安裝，要確保聲測管連接、固定牢固，如果出現(xiàn)斜管，一定要對斜管數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而避免影響測量結(jié)果。

5.2 基樁齡期

在進(jìn)行超聲波法測量時，要確?；鶚兜凝g期大于14天，從而防止樁身齡期對接受信號造成的影響。

6 結(jié)語

超聲波法作為橋梁基樁檢測的一種常用的無損檢測方法，不僅技術(shù)成熟可靠，而且操作方便，測量結(jié)果準(zhǔn)確度較高。相關(guān)技術(shù)人員在利用超聲波法進(jìn)行基樁檢測時，應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)操作規(guī)程，避免操作不當(dāng)對測量結(jié)果造成的影響，確保其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而為我國橋梁基樁的施工質(zhì)量提供一個科學(xué)的評判依據(jù)。

[1]王光平.關(guān)于超聲波法在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用[J].江西建材,2014,(13):147.

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

[3]宋飛楊.超聲波檢測橋梁樁基探討[J].江西建材,2015,(10):134-135.

[4]鄔萬楓.超聲波法在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用[J].建筑工程,2016,(1):158-159.