超聲脈沖法在路橋樁基檢測(cè)中的有效應(yīng)用分析

汪 健

(安徽省交科檢測(cè)研究院有限責(zé)任公司 安徽 合肥 230000)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動(dòng)了交通事業(yè)的不斷完善，作為路橋工程施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)，樁基礎(chǔ)的質(zhì)量就顯得尤為重要，在樁基礎(chǔ)施工過程中及施工完畢后，都需進(jìn)行樁基檢測(cè)[1]。樁基質(zhì)量控制主要表現(xiàn)為樁身的完整性和承載能力，常存在的質(zhì)量問題有斷裂、混凝土離析、縮徑等缺陷，還存在樁底沉渣較厚導(dǎo)致承載能力不足等問題，主要受灌注樁樁底泥漿清空不徹底等的影響。實(shí)際施工過程中，傳統(tǒng)靜壓樁實(shí)驗(yàn)的實(shí)施已經(jīng)不能滿足當(dāng)前裝機(jī)施工迅速增加的要求，并且實(shí)施較為困難，因此超聲脈沖法成為了路橋樁基檢測(cè)中的一種有效方式。

一、超聲脈沖法

波動(dòng)是一種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，可分為兩大類，一種為機(jī)械波，一種為電磁波，前者有聲波、水波等，主要為機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中引起的波動(dòng)過程。聲波傳播到介質(zhì)中某個(gè)地方時(shí)，這個(gè)地方原來不動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)開始振動(dòng)，進(jìn)而出現(xiàn)動(dòng)能，并且介質(zhì)形變會(huì)出現(xiàn)位能。聲波主要是在介質(zhì)中逐層傳播的。20～2×104Hz是人能聽到的聲波頻率范圍，如果超過2×104Hz，人耳就聽不到了，就叫做超聲波。超聲波傳播能量較大，屬于機(jī)械波，在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反射、干涉、透射等情況，通過這些能反映介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與本質(zhì)。因此，通過分析透過介質(zhì)的超聲波的相關(guān)聲學(xué)參數(shù)，能對(duì)介質(zhì)相關(guān)結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行了解，說明超聲波在非金屬介質(zhì)檢測(cè)中是可以應(yīng)用的[2]。超聲波探傷儀發(fā)射換能器能通過一定的重復(fù)頻率，間斷發(fā)射出一組組超聲脈沖波，能更好的通過分析介質(zhì)的超聲波聲學(xué)參數(shù)來了解介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性。超聲脈沖波是一種復(fù)頻波，由不同頻率的余弦波組成，并不是單一頻率。超聲脈沖法就是用超聲脈沖波檢測(cè)介質(zhì)結(jié)構(gòu)性能的方式。

二、超聲脈沖法在路橋樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代建筑工程中，樁基礎(chǔ)是一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)部件，常進(jìn)行配料、澆筑、養(yǎng)護(hù)等，如果其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致樁基礎(chǔ)出現(xiàn)質(zhì)量問題，從而引起樁基承載能力不足，最終對(duì)結(jié)構(gòu)物整體施工質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，造成安全隱患。在路橋樁基無損檢測(cè)方法研究過程中，規(guī)范推薦的檢測(cè)方法有低應(yīng)變檢測(cè)波法、超聲脈沖法、高應(yīng)變法等，相比于其他單一檢測(cè)路橋樁基強(qiáng)度的無損檢測(cè)方法，超聲脈沖具有更好的應(yīng)用效果，不僅能較準(zhǔn)確地檢測(cè)出其中的缺陷，還能估算樁基混凝土的強(qiáng)度[3]。

(一)路橋樁基強(qiáng)度檢測(cè)

樁基是一種彈塑性材料，由水泥石與骨料復(fù)合而成，樁基的性質(zhì)會(huì)受到組分與施工條件不同的影響。在對(duì)樁基的強(qiáng)度進(jìn)行描述時(shí)，應(yīng)用普通的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述是具有較大難度的。在樁基強(qiáng)度檢測(cè)中，超聲脈沖法檢測(cè)為基本依據(jù)，樁基的彈性性質(zhì)與超聲脈沖波在路橋樁基中的傳播速度聯(lián)系較大，并且與樁基的彈性模量與其力學(xué)強(qiáng)度也存在較大關(guān)系。針對(duì)超聲脈沖波通過路橋裝機(jī)所需的聲時(shí)，采用超聲波探傷儀進(jìn)行檢測(cè)，能計(jì)算出樁基中的超聲波聲速，進(jìn)而判斷樁基的強(qiáng)度。通過對(duì)大量不同配比及強(qiáng)度等級(jí)的樁基的抗壓強(qiáng)度值與超聲波聲速進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而通過數(shù)學(xué)模型建立超聲脈沖法測(cè)強(qiáng)曲線?？紤]到骨料、品種、用量、所處環(huán)境等因素對(duì)樁基聲速的影響，在進(jìn)行超聲脈沖檢測(cè)樁基強(qiáng)度時(shí)，需要對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行矯正[4]。針對(duì)分布有鋼筋的樁基，超聲波穿過時(shí)，可根據(jù)超聲波經(jīng)過鋼筋的聲程及總聲程比值對(duì)實(shí)測(cè)值進(jìn)行修正。

(二)路橋樁基缺陷檢測(cè)

原材料、配合比、齡期、樁長一定的樁基，其越密，則聲速越高。如果存在裂縫或空洞，超聲波會(huì)經(jīng)過其而傳播到接收環(huán)能器，并且由于樁基混凝土聲阻率高于空氣，進(jìn)而超聲波遇到缺陷時(shí)，會(huì)在缺陷表面出現(xiàn)反射及散射情況，進(jìn)而減弱聲能量，并且頻率越高，減弱越快，還會(huì)降低接收信號(hào)的聲速、波幅及頻率。因此，在對(duì)所測(cè)樁基中缺陷的位置及范圍進(jìn)行判斷時(shí)，可以通過超聲波聲學(xué)參數(shù)測(cè)量值的相對(duì)變化進(jìn)行判斷。超聲脈沖波在路橋樁基缺陷檢測(cè)中具有較強(qiáng)的穿透力，并且檢測(cè)設(shè)備簡單，操作方便，具有較好的應(yīng)用效果。路橋樁基具有環(huán)境復(fù)雜、施工期長等特點(diǎn)，并且相對(duì)來講體積較大，因此，如果不能較好地控制好溫度，使其滿足設(shè)計(jì)要求，就比較容易導(dǎo)致樁基出現(xiàn)裂縫。還會(huì)對(duì)澆筑造成影響，如果澆筑層面間處理不當(dāng)，就會(huì)影響層與層之間的樁基較好結(jié)合[5]。超聲脈沖法能對(duì)樁基中的裂縫、空洞等缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)，還能反映路橋樁基鉆孔灌注樁的均勻性及連續(xù)性，檢測(cè)受侵蝕、凍融破壞的樁基層厚度。

1.路橋樁基裂縫檢測(cè)。如果裂縫部位處可供檢測(cè)的路橋樁基表面只有一個(gè)，常采用平測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)，如果裂縫部位具有一對(duì)相互平行的表面，則可采用對(duì)穿斜測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)。讀取接收波的聲時(shí)、波幅、頻率值時(shí)，需要保持T-R換能器連接通過縫合不通過縫時(shí)測(cè)試距離、傾斜角一致的情況下，并進(jìn)行逐層逐點(diǎn)讀取。超聲波在裂縫界面上衰減，接收到的首波信號(hào)就會(huì)比較弱，與不過縫的測(cè)點(diǎn)相比，就存在較大差距，因此，可根據(jù)這種情況對(duì)裂縫的長度及深度進(jìn)行判定。

2.表面損傷層檢測(cè)。在物理化學(xué)因素作用下，路橋樁基結(jié)構(gòu)物表面會(huì)出現(xiàn)損傷層，對(duì)其厚度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在檢測(cè)面上的某點(diǎn)放置超聲波發(fā)射換能器替，并且使其保持不動(dòng)，然后采用接收換能器R測(cè)距，并讀取相應(yīng)的聲時(shí)值。如果測(cè)距較大，超聲波透過損傷層，會(huì)向未損傷的位置傳播，進(jìn)而大多會(huì)顯示出未損傷的傳播速度。達(dá)到某一測(cè)距時(shí)，經(jīng)過2次穿透損傷層沿未損傷路橋樁基中傳播的脈沖波與沿?fù)p傷層傳播的脈沖波會(huì)同時(shí)到達(dá)接收換能器[6]。

3.其他缺陷檢測(cè)。路橋樁基的裂縫有蜂窩、空洞、結(jié)合面處的缺陷，可采用穿斜側(cè)法對(duì)缺陷的位置及大小進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)行路橋樁基鉆孔灌注樁施工時(shí)，將聲測(cè)管預(yù)埋于樁內(nèi)，可通過分析其中的移動(dòng)超聲波探頭接收到的脈沖波的聲時(shí)、頻率、波幅變化，對(duì)樁體的連續(xù)性及均勻性進(jìn)行判斷，并且通過與聲速檢測(cè)結(jié)合，對(duì)路橋裝機(jī)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

結(jié)束語

在路橋樁基質(zhì)量檢測(cè)中，超聲波脈沖法檢測(cè)具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)為安全可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)約，且未對(duì)樁基造成損傷。而且，超聲脈沖法不但能準(zhǔn)確的判斷樁基缺陷的具體缺陷位置及大小，還能估算樁基樁基強(qiáng)度。在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和檢測(cè)設(shè)備的不斷更新下，超聲脈沖法的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，檢測(cè)精度越來越高，為路橋樁基施工質(zhì)量的控制起到更好的保障作用。