超聲波檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用

隋義

摘要：樁基礎(chǔ)作為我國橋梁工程最為常用的基礎(chǔ)形式，具有承載能力較高以及抗地震作用性能強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠?qū)蛄汗こ痰纳喜拷Y(jié)構(gòu)承受的荷載有效的傳遞到土層或者巖石層結(jié)構(gòu)當(dāng)中，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效緩解橋梁基礎(chǔ)的沉降。但是由于在施工過程中樁基礎(chǔ)容易受到施工工藝、工程地質(zhì)條件、施工水平以及作業(yè)管理等各方面的影響，致使橋梁樁基發(fā)生縮頸、斷裂、混凝土的離析或者是夾雜泥沙等問題，不但會影響到樁基礎(chǔ)的承載能力，還有可能造成工程安全事故的發(fā)生。所以，必須要強(qiáng)化橋梁樁基礎(chǔ)的檢測管理工作，尤其是樁基的無損檢測技術(shù)，便于對橋梁樁基的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行評估，保證樁基工程施工的質(zhì)量以及橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：超聲波檢測技術(shù)；橋梁樁基檢測；應(yīng)用

引言：

超聲波檢測技術(shù)，是一種新型的檢測樁基安全的方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于操作便捷，檢測過程和檢測結(jié)果基本不受外界因素的干擾，檢測所需時(shí)間短，安全性能較高。在科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的狀態(tài)下，這種檢測技術(shù)也被不斷的優(yōu)化。在多次的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，這種檢測方法被應(yīng)用到實(shí)際中能夠很好的解決傳統(tǒng)技術(shù)不能解決的難題，同時(shí)可促進(jìn)基樁檢測技術(shù)進(jìn)步，確保工程質(zhì)量安全。

1 超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用于橋梁樁基檢測的原理

超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用于橋梁樁基混凝土的檢測根據(jù)橋梁樁基混凝土結(jié)構(gòu)形式的不同主要分為回波法和透射法兩種檢測方法?；夭ǚ軌蛟趦?nèi)部介質(zhì)較為均勻的橋梁樁基混凝土檢測中取得較為良好的檢測效果，比如說橋梁樁基內(nèi)部主要為金屬介質(zhì)的樁基。而透射法則是在內(nèi)部介質(zhì)不均勻的橋梁樁基檢測中取得較為良好的檢測效果。其多應(yīng)用于對混凝土主體的橋梁樁基進(jìn)行性能檢測?，F(xiàn)今在國內(nèi)橋梁的建設(shè)中橋梁樁基多采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此相較于回波法多應(yīng)用于均勻介質(zhì)透射法更加適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樁基的檢測，且應(yīng)用較為廣泛。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁樁基其框架為鋼筋，內(nèi)部填充混凝土，其內(nèi)部還包含有一定的空氣和水分，如在施工中未能采取合理有效的控制措施將極易導(dǎo)致橋梁樁基混凝土中存在著空洞、氣泡以及疏松等的缺陷，上述這些缺陷的存在將會使得超聲波面臨著極大的聲阻。在利用超聲波對橋梁樁基混凝土進(jìn)行檢測時(shí)，超聲波會遵循一定的彈性波規(guī)律，當(dāng)超聲波接觸到非均勻的橋梁樁基混凝土介質(zhì)時(shí)將會發(fā)生反彈和折射等的現(xiàn)象，此時(shí)可以將橋梁樁基混凝土看做一種彈性體。在利用透射法來對橋梁樁基混凝土進(jìn)行超聲波檢測時(shí)，首先將超聲波檢測管預(yù)埋至橋梁樁基內(nèi)，以此通道為超聲波檢測時(shí)的檢測通道，同時(shí)在檢測管內(nèi)加入適量的水作為超聲波檢測時(shí)的耦合劑。而后通過將超聲波的發(fā)射探頭和接收探頭在檢測管的兩端分別固定，通過接收超聲波的透射脈沖用以實(shí)現(xiàn)對于橋梁樁基混凝土的超聲波檢測。

2 橋梁樁基檢測中超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用

2.1 聲測管的埋設(shè)

聲測管是聲波透射法測樁時(shí)，徑向換能器的通道，其埋設(shè)數(shù)量決定了檢測剖面的個數(shù)，同時(shí)也決定了檢測精度。聲測管的材質(zhì)盡量選擇使用金屬管，聲測管內(nèi)徑通常比徑向換能器的直徑大10mm-20mm即可。

2.2 檢測流程

現(xiàn)場的檢測過程一般首先是采用平測法對全樁各個檢測剖面進(jìn)行普查，找出聲學(xué)參數(shù)異常的測點(diǎn)。然后對聲學(xué)參數(shù)異常的測點(diǎn)采用加密平測測試、斜測或扇形掃測等細(xì)測方法進(jìn)一步檢測平測：聲測管、發(fā)射換能器、接收換能器、聲波檢測儀，以相同的標(biāo)高同步升降，完成整樁檢測；斜測：將發(fā)射換能器和接受換能器置于不同高度上同步提升，分析兩次測試的聲學(xué)參數(shù)異常的測線，來進(jìn)一步更精確的確定缺陷范圍；扇測：一只換能器固定在某高程不動，另一只換能器逐點(diǎn)移動，測線呈扇形分布。要注意的是，扇形測量中各測點(diǎn)測距是各不相同的，雖然波速可以換算，相互比較，但振幅測值卻沒有相互可比性（波幅除與測距有關(guān)，還與方位角有關(guān)，且不是線性變化），只能根據(jù)相鄰測點(diǎn)測值的突變來發(fā)現(xiàn)測線是否遇到缺陷。

2.3 檢測數(shù)據(jù)的分析與判定

樁身缺陷判別的主要依據(jù)是實(shí)測點(diǎn)的聲速、波幅及其隨深度而變化的變化曲線，根據(jù)得到的判據(jù)綜合分析指標(biāo)，可以得到樁基中混凝土的質(zhì)量信息。

2.3.1 強(qiáng)度評價(jià)

混凝土強(qiáng)度的評價(jià)是建立在波速與混凝土物理力學(xué)指標(biāo)之間的聯(lián)系的基礎(chǔ)上，一般情況下，聲速可通過混凝土彈性模量和其力學(xué)強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)系，與混凝土強(qiáng)度建立相關(guān)關(guān)系，以此可以推定混凝土的強(qiáng)度。波速在混凝土中通過的時(shí)間和速度與斷樁有關(guān)，出現(xiàn)斷樁時(shí)，波速會產(chǎn)生變化，與正常的在混凝土中的波速對比，可以判斷斷樁是否存在。

2.3.2 樁身混凝土缺陷聲速判據(jù)

聲速臨界值的確定則基于概率法，聲速在無缺陷的混凝土中運(yùn)行會發(fā)生一定的離散性，但總體狀態(tài)呈正態(tài)分布。由缺陷造成的聲速異常值則不符合正態(tài)分布，確定樁基混凝土是否有缺陷必須采用正常混凝土的平均值判斷，平均值偏小，造成漏判的概率就偏大，聲測管間不平行也會產(chǎn)生誤差。

2.3.3 樁身混凝土缺陷波幅判據(jù)

PSD法是基于聲波的變化會引起深度曲線的斜率明顯增長的原理，聲波大小與混凝土缺陷程度有很大關(guān)系，而且兩者之積對缺陷的反映更加明顯，在檢測過程中當(dāng)PSD值在某處發(fā)生明顯變化時(shí)，就可以作為缺陷區(qū)進(jìn)行下一步的檢測。以某省道橋梁樁基為例，該省道橋梁為鉆孔灌注樁，浙江常年雨水多，采用鉆孔灌注樁很容易產(chǎn)生質(zhì)量問題。PSD法是將“聲時(shí)——深度曲線”相鄰兩點(diǎn)間的斜率和差值的乘積作為判斷依據(jù)。根據(jù)相鄰兩測點(diǎn)的斜率和深度，根據(jù)PSD判斷的性質(zhì)，可以判斷當(dāng)某點(diǎn)的PSD判據(jù)斜率和差值的乘積大于標(biāo)準(zhǔn)值，可以判斷測點(diǎn)為斷樁。

2.3.4 混凝土聲速、PSD值出現(xiàn)異常

在混凝土PSD值出現(xiàn)異常的區(qū)域，即為判定為缺陷區(qū)的部分，可以采用水平加密、扇形掃測等方法，結(jié)合波形分析，確定混凝土缺陷的位置和嚴(yán)重程度。對于聲速、波幅和PSD值超過臨界值異常或突變時(shí)，要對缺陷處進(jìn)行仔細(xì)測量，結(jié)合波形、施工工藝和施工記錄進(jìn)行分析，確定缺陷的位置和大小，聲速普遍低于底限值時(shí)，可以采用鉆孔去芯法檢驗(yàn)樁基的混凝土強(qiáng)度。

2.3.5 樁身完整性類別判定

樁身完整性一般是根據(jù)聲速、波幅和臨界值的關(guān)系結(jié)合波形特征來判斷。各聲測剖面每個測點(diǎn)的聲速、波幅均大于臨界值，波形正常，表示樁身完整，可以正常使用；某剖面聲測聲速、波幅小于臨界值，而波形正常，表明樁身輕度缺陷，不影響橋梁正常使用；聲測剖面連續(xù)多點(diǎn)聲速、波幅均小于臨界值，并且PSD值突然變大，波形出現(xiàn)畸變，表明樁身有明顯缺陷，會影響樁身承載能力；聲測剖面連續(xù)多點(diǎn)聲速、波幅均明顯小于臨界值，PSD值突然變化，波形畸變嚴(yán)重，表明樁身有嚴(yán)重缺陷。

3結(jié)束語

超聲波檢測技術(shù)是橋梁樁基礎(chǔ)無損檢測的一種重要方法，具有檢測設(shè)備簡單、操作快捷方便的特點(diǎn)，超聲波測試儀的穿透能力較強(qiáng)，特別適用于對樁基混凝土的檢測和驗(yàn)收，可以準(zhǔn)確的反映出橋梁樁基礎(chǔ)的實(shí)際情況，并且該法的技術(shù)成熟，操作上簡單方便，能夠有效提高樁基礎(chǔ)的檢測效率。超聲波測試時(shí)需要操作人員具有一定的工作經(jīng)驗(yàn)，檢測精度的高低與試驗(yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷密切相關(guān)，相關(guān)的檢測人員在利用超聲波檢測技術(shù)進(jìn)行樁基礎(chǔ)的試驗(yàn)檢測中，必須要熟知超聲波檢測技術(shù)的工作原理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析和處理，保證超聲波檢測的準(zhǔn)確性，為有效控制橋梁樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量提供行之有效的評判依據(jù)。

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（作者單位：北方測盟科技有限公司）