超聲波檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用

劉 冰

（山東正元工程檢測有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

橋梁工程是重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，隨著我國橋梁工程建設(shè)的快速發(fā)展和施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，為了更好地適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，作為橋梁工程重要承重結(jié)構(gòu)之一的橋梁樁基也出現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)類型，因此，對施工的質(zhì)量也提出了更高的要求。而橋梁樁基在施工中由于受到施工技術(shù)條件以及施工經(jīng)驗(yàn)等因素的影響，往往會出現(xiàn)裂縫、塌孔、孔徑不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等各種缺陷問題，所以，要采用高效準(zhǔn)確的檢測技術(shù)手段來加強(qiáng)對橋梁樁基的檢驗(yàn)監(jiān)督。而利用超聲波技術(shù)是橋梁樁基檢測中常用的一種無損檢測方法，其可以準(zhǔn)確判斷橋梁樁基結(jié)構(gòu)的完好性以及強(qiáng)度，從而確保橋梁樁基的施工質(zhì)量能夠符合設(shè)計(jì)要求。

1 應(yīng)用超聲波檢測橋梁樁基的技術(shù)方法分析

應(yīng)用超聲技術(shù)對橋梁樁基進(jìn)行檢測時，主要是橋梁樁基結(jié)構(gòu)的完整性以及強(qiáng)度等指標(biāo)性參數(shù)來分別進(jìn)行檢測分析。檢測人員首先要準(zhǔn)確判定其聲速值以及波幅臨界值，并參考波形的特點(diǎn)來對橋梁樁身是否存在缺陷進(jìn)行判斷分析。此外，還可以根據(jù)工程的實(shí)際情況結(jié)合聲速離異系數(shù)以及PSD值等參數(shù)來提高判斷的準(zhǔn)確性[1]。在應(yīng)用超聲檢測技術(shù)分析橋梁樁基質(zhì)量時，比較常用的參數(shù)包括樁基聲速標(biāo)準(zhǔn)差、平均值、PSD值、變異系數(shù)以及平均波幅測量值等。

根據(jù)超聲波檢測的技術(shù)規(guī)范，可以將超聲檢測結(jié)果分成四個等級。其中，當(dāng)所有聲測剖面各測點(diǎn)的波幅值以及聲速均能夠達(dá)到臨界值以上，且其波形形態(tài)正常的，應(yīng)將其判定為樁身具有較好的完整性，能夠滿足施工要求的Ⅰ類樁。如果在波形形態(tài)雖然基本正常，但某聲測剖面存在個別測點(diǎn)波幅值或者聲速與臨界值相比略小時，應(yīng)將其視為Ⅱ類樁，即說明該樁身雖然有輕微缺陷存在，但是基本完好，對正常使用的影響比較小。當(dāng)在檢測中發(fā)現(xiàn)某聲測剖面中有深度樁界面或者多個連續(xù)測點(diǎn)存在畸變波形形態(tài)，且PSD值存在增加的現(xiàn)象，其波幅值或者聲速低于臨界水平時，則說明該樁身有比較明顯的缺陷問題存在，會影響樁基結(jié)果的實(shí)際承載能力，該類樁身為Ⅲ類樁[2]。而當(dāng)某聲測剖面在深度樁截面或者多個連續(xù)測點(diǎn)均出現(xiàn)波幅值以及聲速與臨界值相比明顯偏低，且其波形形態(tài)畸變明顯，同時PSD值也發(fā)生了較大的變化時，則說明該樁身結(jié)構(gòu)中有嚴(yán)重缺陷問題存在，并會極大地影響樁身的實(shí)際載荷能力。

應(yīng)用超聲波技術(shù)檢測橋梁樁基時，主要是利用超聲波在遇到缺陷臨界面會發(fā)生繞射或者散射的特性，此時換能器所接收到的波幅會發(fā)生比較明顯的改變，因此，可以通過計(jì)算聲波波幅以及換能器信號的變化幅度來對缺陷程度以及性質(zhì)來進(jìn)行判斷分析。同時，當(dāng)超聲波遇到缺陷部分時，其相位以及傳播路徑也會產(chǎn)生一定的改變，此時在接收信號中就會出現(xiàn)畸變波形，再通過與低應(yīng)變技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，就能夠?qū)蛄簶痘馁|(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確的無損檢測。此外，還可以綜合聲速波幅以及PSD值等參數(shù)來提高對橋梁樁基缺陷判斷的準(zhǔn)確性。

以某橋梁工程的檢測實(shí)踐為例，該橋梁工程為某高速公路工程中的一部分，其樁基長度的設(shè)計(jì)值為41 m左右，直徑為1 200 mm左右，在對該橋梁樁基的施工質(zhì)量進(jìn)行檢測時，選擇了將聲測管預(yù)設(shè)在樁身內(nèi)部的超聲波檢測技術(shù)。在檢測實(shí)踐中將3根聲測管分別標(biāo)注為1、2、3號管，并分別耦合為12、13、23三個測組，同時將水作為其耦合介質(zhì)，對橋梁樁基進(jìn)行檢測分析。在本次檢測中所選擇的基樁多跨孔超聲自動巡測儀設(shè)備型號為RSM-SY7 （F）。經(jīng)過現(xiàn)場檢測試驗(yàn)以及對檢測結(jié)構(gòu)的分析判斷發(fā)現(xiàn)，該橋梁工程的所有樁基結(jié)構(gòu)在檢測中均成圓滑完整曲線波形，具有較大的振幅、突出的主頻峰值以及陡峭首波，同時在波形的第一周期內(nèi)無畸形波存在，且接收波呈半圓包絡(luò)，說明樁基結(jié)構(gòu)的完整性良好，無明顯質(zhì)量缺陷存在。

2 應(yīng)用超聲波檢測橋梁樁基的技術(shù)要點(diǎn)

2.1 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制作聲測管

通過可以選擇鑄鐵管等材料來作為聲測管，在制作時應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來控制鑄鐵管壁的具體厚度，并確保鑄鐵管接頭焊接牢固平整，從而使聲測管內(nèi)部能夠?yàn)閾Q能器的自由伸縮提供充足的空間。在設(shè)置聲測管時，應(yīng)將其牢固綁扎在鋼筋籠主筋上，而不得采取焊接連接方式。綁扎時應(yīng)選擇鉛絲按照每3 m左右一道的方式來沿樁長方向進(jìn)行綁扎設(shè)置。同時應(yīng)采取點(diǎn)焊方式將主筋與聲測管接頭連接牢固。

2.2 合理設(shè)置聲測管

在埋設(shè)聲測管時應(yīng)采取平行對稱的方式來布設(shè)聲測管，使探頭能夠在各聲測管內(nèi)伸縮自由。同時應(yīng)根據(jù)橋梁樁基直徑來確定埋設(shè)聲測管的根數(shù)，一般當(dāng)樁基直徑在800 mm以內(nèi)時，應(yīng)埋設(shè)不少于2根聲測管；當(dāng)樁基直徑在800～1 600 mm之間時，應(yīng)埋設(shè)不少于3根聲測管；當(dāng)樁基直徑在1 600 mm以上時，應(yīng)埋設(shè)不少于4根聲測管；而當(dāng)樁基直徑大于2 500 mm時，宜適當(dāng)增加預(yù)埋聲測管數(shù)量。在通過儀器設(shè)備進(jìn)行超聲檢測時，應(yīng)采取2根為一組的方式來進(jìn)行測定。

2.3 放置聲測管

超聲檢測應(yīng)在完成成樁施工28 d后進(jìn)行。在檢測時應(yīng)先將樁頭挖開破除，管口應(yīng)高出混凝土頂面100 mm以上，并將管口表面抹平。在對樁頭進(jìn)行破除時，應(yīng)避免對埋設(shè)在樁體內(nèi)的聲測管造成損傷，并要防止有雜物落入聲測管內(nèi)部，然后應(yīng)將探頭放入樁底位置。

2.4 校正換能器精度

通常在超聲檢測設(shè)備中主要包括換能器以及數(shù)據(jù)采集裝置等組成部分。在使用檢測儀器進(jìn)行檢測前應(yīng)對其性能參數(shù)進(jìn)行檢測校對。檢測時可以通過律定試驗(yàn)來確定其聲時以及波形的準(zhǔn)確性和清晰度，并根據(jù)成樁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來確定換能器精度。當(dāng)條件均允許時應(yīng)選擇較重的換能器設(shè)備，同時要保證換能器的高度以及收放動作一致同步。

2.5 充分考慮各種因素提高頻譜解析準(zhǔn)確性

在對超聲頻譜進(jìn)行分析時，主要是在解析不同頻率分量的不同幅度的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)主頻率的最大幅度，并將不同波列長度進(jìn)行截取分析，從而獲得頻譜的相應(yīng)曲線圖。檢測人員在分析頻譜時不僅要對漏波以及疊加波因素進(jìn)行充分的考慮，而且還要注意分辨率因素，以保證檢測結(jié)果的精確性。

2.6 科學(xué)選擇采樣頻率

在檢測橋梁樁基質(zhì)量時，檢測人員應(yīng)對采樣頻率進(jìn)行科學(xué)的選擇，以保證能夠充分掌握以此波頻譜的主要特征，從而提高分析頻譜信號的準(zhǔn)確性，以減少頻域以及時域因素對頻譜分析結(jié)果的影響。

3 結(jié)語

應(yīng)用超聲波技術(shù)來對橋梁樁基進(jìn)行檢測，不僅所需要的儀器設(shè)備比較簡單，而且其操作也比較便捷。同時由于超聲波具有很強(qiáng)的穿透性，能夠很好地滿足對超大規(guī)格橋梁樁基結(jié)構(gòu)的檢測要求，同時其檢測精度也比較高，能夠幫助檢測人員準(zhǔn)確掌握樁基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及缺陷位置、范圍和程度，并且判斷樁基完整性類別。橋梁樁基的施工質(zhì)量將對橋梁整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全產(chǎn)生重要的影響，因此，檢測人員要不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確掌握超聲檢測的技術(shù)要點(diǎn)和操作規(guī)范，利用超聲數(shù)據(jù)來對橋梁樁基質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷分析，從而提高檢測的精度和效率。