探討樁基檢測(cè)中橋梁混凝土超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

龍建旭

（貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001）

基于我國(guó)的地理形勢(shì)和發(fā)展情境，在橋梁工程的建設(shè)中經(jīng)常運(yùn)用的基礎(chǔ)形式就是樁基結(jié)構(gòu)。樁基結(jié)構(gòu)有著強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好以及抗震能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在橋梁的使用過(guò)程中能夠有效地將橋梁上部所受到的各種荷載傳遞到下部持力層中去，能夠有效緩解橋梁因受到荷載而導(dǎo)致的基礎(chǔ)沉降的問(wèn)題。但是目前來(lái)看，橋梁樁基部分的施工質(zhì)量受到外界環(huán)境、地質(zhì)條件、施工水平以及所選擇的工藝等各方面因素的影響，在施工的過(guò)程中混凝土極易出現(xiàn)頸縮、離析、斷裂等問(wèn)題，因此橋梁樁基中混凝土檢測(cè)成為當(dāng)下橋梁工程施工中的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 超聲法在橋梁樁基混凝土檢測(cè)中的原理

在現(xiàn)有的橋梁樁基混凝土檢測(cè)方法中，超聲法由于檢測(cè)方便、快捷，是最為常用的方法之一，運(yùn)用超聲法對(duì)橋梁樁基的檢測(cè)原理是：超聲檢測(cè)儀內(nèi)部具有一個(gè)超聲脈沖波的發(fā)射源，在對(duì)混凝土進(jìn)行檢測(cè)時(shí)能夠像混凝土內(nèi)部發(fā)射出高頻率的彈性脈沖聲波，同時(shí)在超聲檢測(cè)儀中還設(shè)置有精度非常高的聲波接收系統(tǒng)，這一系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地記錄高頻脈沖波在樁基混凝土內(nèi)部的傳播過(guò)程所展現(xiàn)出來(lái)的脈動(dòng)特性。一般來(lái)說(shuō)脈沖波的波動(dòng)特性都是非常規(guī)律的，但是如果在混凝土內(nèi)部存在不連續(xù)的截面或者損壞的截面時(shí)，混凝土內(nèi)部的缺陷就會(huì)對(duì)脈沖波造成阻抗的影響，使得原本規(guī)律的脈沖波在到達(dá)該截面時(shí)會(huì)發(fā)生反射和投射，至使聲波接收系統(tǒng)接收到的脈沖波呈現(xiàn)出不規(guī)律、能量偏低的特點(diǎn)。如果是混凝土內(nèi)部存在著嚴(yán)重的蜂窩麻面、松散孔洞問(wèn)題時(shí)，混凝土的破損部分會(huì)對(duì)脈沖波造成更大的影響，使得脈沖波發(fā)生更加明顯的反射和投射。工作人員在使用超聲檢測(cè)儀時(shí)，根據(jù)聲波接收系統(tǒng)所表現(xiàn)出來(lái)的聲波的初始時(shí)間和接收時(shí)間、波形的變化、頻率的變化以及聲波能量的衰減特點(diǎn)等特點(diǎn)，能夠計(jì)算出檢測(cè)區(qū)域內(nèi)混凝土的密實(shí)程度。一般在一個(gè)樁基結(jié)構(gòu)構(gòu)件上會(huì)檢測(cè)不同的側(cè)面以及不同的高度，根據(jù)不同區(qū)域內(nèi)聲波不同的特點(diǎn)，對(duì)這些數(shù)據(jù)加以分析就能夠了解混凝土構(gòu)件中存在缺陷的位置、大小以及具體是哪一種缺陷?；炷潦怯伤嘟M成的膠凝材料，摻入了水、砂石以及一些外加劑，是一種多相非勻質(zhì)體，因此超聲波在正常的混凝土中傳播時(shí)，它的傳播速度是處在一定范圍內(nèi)的，如果在傳播的過(guò)程中遇到了裂縫、斷裂、密實(shí)度有差異或者夾泥等問(wèn)題，聲波就要選擇一條沒(méi)有缺陷的路徑或者在傳播速度更慢的介質(zhì)中傳播，那么在接收系統(tǒng)上就會(huì)看聲波的傳播時(shí)間加長(zhǎng)，超聲波的速度降低、聲波的波幅降低、聲波發(fā)生衰減并且波形就會(huì)出現(xiàn)改變。操作人員正是根據(jù)這些波形參數(shù)的變化，來(lái)對(duì)橋梁樁身混凝土的質(zhì)量進(jìn)行分析。

2 超聲法在橋梁樁基混凝土檢測(cè)中的應(yīng)用

運(yùn)用超聲波法對(duì)混凝土進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，首先要做好以下兩點(diǎn)準(zhǔn)備工作。首先操作人員要在混凝土構(gòu)建中預(yù)埋聲測(cè)管，一般對(duì)于樁徑小于1.5米的樁基，要在樁內(nèi)埋設(shè)三根聲測(cè)管，而對(duì)于樁徑大于1.5米的樁基，為了能夠檢測(cè)到每個(gè)部分，一般要在樁內(nèi)設(shè)置四根聲測(cè)管。聲測(cè)管的材質(zhì)一般采用金屬的聲測(cè)管，聲測(cè)管之間用螺紋進(jìn)行連接。在選擇聲測(cè)管的直徑時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮大于換能器外部直徑1.5厘米。操作人員在埋設(shè)聲測(cè)管時(shí)應(yīng)當(dāng)和鋼筋籠一起進(jìn)行綁扎，在設(shè)置聲測(cè)管的地方要采取封閉措施，而且聲測(cè)管的管口要比樁基高30厘米并設(shè)置封口管，避免在灌注混凝土?xí)r有雜物進(jìn)入聲測(cè)管。在開(kāi)始對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)前，操作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)超聲檢測(cè)儀進(jìn)行檢查，確定在通電后儀器能夠正常使用。超聲檢測(cè)儀器主要包括換能器、聲波檢測(cè)儀以及顯示系統(tǒng)。同時(shí)，操作人員還要記得對(duì)超聲檢測(cè)的延遲時(shí)間以及超聲波傳播時(shí)間的修正值進(jìn)行檢驗(yàn)。

在完成以上全部準(zhǔn)備工作后才能夠開(kāi)始樁身的檢測(cè)工程。首先，操作人員要在扶正器上安裝好換能器以及用于接收換能器，隨后將扶正器放置在預(yù)先設(shè)置在樁身中的聲測(cè)管中，并且保證扶正器能夠在聲測(cè)管中自然地進(jìn)行上升和下降。在開(kāi)始檢測(cè)之前，操作人員要對(duì)超聲檢測(cè)儀上的具體參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而讓接收到的超聲波信號(hào)具有比較高的信噪比，從而有效避免噪音的干擾，使得波幅能夠更好地在顯示器中展現(xiàn)出來(lái)。在對(duì)樁身進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要以0.2米或0.5米為檢測(cè)單位，安排測(cè)點(diǎn)之間的間距，如果在檢測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某一部分所得到的超聲波特性有很大變化，則應(yīng)當(dāng)在該點(diǎn)附近增加更多地測(cè)點(diǎn)，從而對(duì)混凝土缺陷更好地進(jìn)行檢測(cè)。與此同時(shí)，操作人員應(yīng)注意盡可能地將發(fā)射換能器和接收換能器放置在同一高度的位置或者是相差高度為定值的位置，避免因高差的變化而對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。在檢測(cè)的過(guò)程中，一般是采用從聲測(cè)管的下部逐漸向上進(jìn)行檢測(cè)，操作人員要密切關(guān)注在不同測(cè)點(diǎn)中超聲波傳播時(shí)間、聲波頻率、波幅等參數(shù)的變化，對(duì)于一些有異常特點(diǎn)的波形要迅速進(jìn)行記錄，隨后對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行更多測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，可以采用平測(cè)、斜測(cè)、扇形掃測(cè)或者雙向斜測(cè)的方法進(jìn)行檢測(cè)。樁基中一般有很多根聲測(cè)管，那么操作人員應(yīng)當(dāng)將兩根聲測(cè)管作為一組，對(duì)樁基混凝土的質(zhì)量進(jìn)行分組檢測(cè)。

在檢測(cè)完樁基內(nèi)的每一根聲測(cè)管之后，為了提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，操作人員要對(duì)樁基隨即抽取，進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)，一般在實(shí)際工程中重復(fù)檢測(cè)的樁基數(shù)量應(yīng)當(dāng)控制在全部檢測(cè)樁基的10%到20%之間。對(duì)于重復(fù)檢測(cè)的結(jié)果，操作人員應(yīng)當(dāng)盡可能確保二者聲波傳播實(shí)踐的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差處于5%的范圍之內(nèi)，而聲波波幅的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差則處于10%的范圍之內(nèi)。如果同一根聲測(cè)管的兩組檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)了較大出入，那么操作人員要及時(shí)對(duì)出現(xiàn)異常的區(qū)域進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)，直到得到符合要求的數(shù)據(jù)為止，從而保證樁基混凝土質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

3 運(yùn)用超聲法檢測(cè)樁基混凝土?xí)r的注意要點(diǎn)

為了在超聲波檢測(cè)混凝土?xí)r取得準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，操作人員在檢測(cè)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下要點(diǎn)：1）在埋設(shè)超聲波聲測(cè)管時(shí)要注意確保每個(gè)聲測(cè)管都彼此相互平行而且對(duì)稱，并確保探頭能夠在聲測(cè)管之中順暢地同時(shí)伸縮。對(duì)于樁徑小于800毫米的樁基，要設(shè)置兩根聲測(cè)管；對(duì)于樁徑大于1600毫米的樁基，要設(shè)置四根以上的聲測(cè)管；而對(duì)樁基處于800-1600毫米之間的樁基，一般要設(shè)置三根聲測(cè)管。2）在樁基混凝土澆筑并養(yǎng)護(hù)28天之后強(qiáng)度完全形成之后才對(duì)樁基混凝土進(jìn)行檢測(cè)。首先要對(duì)樁頭位置進(jìn)行開(kāi)挖從而去掉樁頭，將樁身表面打磨平整之后才能開(kāi)始檢測(cè)，可以借助在表面上加水泥砂漿來(lái)加強(qiáng)測(cè)面的平整。一般去樁頭時(shí)要注意保護(hù)樁身內(nèi)的聲測(cè)管，同時(shí)避免雜物、殘?jiān)淙肼暅y(cè)管內(nèi)部，不能向聲測(cè)管中注入水泥砂漿，以免后續(xù)探頭無(wú)法伸入聲測(cè)管中。3）在對(duì)超聲波檢測(cè)儀采集到的波形頻譜進(jìn)行分析時(shí)，操作人員要對(duì)各個(gè)聲波頻率分量的波形幅度進(jìn)行分析，找出其中幅度最大的即為主頻率。在對(duì)波形頻譜進(jìn)行分析時(shí)要對(duì)不同的波形長(zhǎng)度進(jìn)行截取，從而獲得不同的頻率曲線。同時(shí)，在對(duì)頻譜曲線進(jìn)行分析的時(shí)候，操作人員要將分辨率和漏波加入到考慮范圍內(nèi)，考慮這些因素對(duì)檢測(cè)精度的影響，同時(shí)還要對(duì)疊加波形對(duì)檢測(cè)精度的影響加以考慮。4）在監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，操作人員要盡可能一次性獲得波形的頻譜特性，在對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行宣策時(shí)要注意橋梁樁身測(cè)區(qū)選擇的合理性，使其均勻地分布在樁身上，從而保證超聲波頻譜分析的準(zhǔn)確性，盡可能地減少對(duì)頻域準(zhǔn)確性和時(shí)域準(zhǔn)確性的影響。

總而言之，隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，對(duì)橋梁工程施工質(zhì)量的要求越來(lái)越高，而橋梁的樁基對(duì)于橋梁強(qiáng)度、穩(wěn)定性有著非常重要的影響，因此在樁基施工完成之前對(duì)樁基混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)程度進(jìn)行檢測(cè)是非常有必要的。運(yùn)用超聲波法對(duì)樁基混凝土進(jìn)行檢測(cè)，由于其運(yùn)用的是樁身內(nèi)的預(yù)埋聲測(cè)管，因此不會(huì)對(duì)樁身造成影響，同時(shí)這種方法操作便捷、技術(shù)可靠，能夠準(zhǔn)確地反映出樁基混凝土的實(shí)際情況，能夠幫助提高樁基混凝土檢測(cè)的質(zhì)量和效率。