橋梁樁基礎(chǔ)完整性檢測技術(shù)研究

齊海鵬 李帥 閻玉菡 孫拴虎

摘要：以某橋梁工程樁基礎(chǔ)完整性檢測為例，研究了聲波透射法在橋梁樁基礎(chǔ)完整性檢測中的應(yīng)用，簡要論述了聲波透射法的工作原理、樁基完整性檢測的操作要點、樁基完整性分類，研究聲波投射法檢測樁基礎(chǔ)在遇到質(zhì)量缺陷時的檢測方法，以及其特點與可靠性等內(nèi)容。得到結(jié)論：聲波透射法檢測樁基礎(chǔ)完整性有可靠性與準(zhǔn)確性，在遇到質(zhì)量缺陷時能夠通過平測、斜測、復(fù)測等手段確定缺陷的位置、大小與性質(zhì)，例如檢測樁基礎(chǔ)的夾泥、縮頸、松散、孑L洞等質(zhì)量問題，確定樁基礎(chǔ)的完整性與類別。

關(guān)鍵詞：聲波透射法;樁基礎(chǔ)完整性檢測;橋梁工程

中圖分類號：u446.1 文獻標(biāo)志碼：A

近年來，隨著我國交通網(wǎng)絡(luò)日趨完善，橋梁，作為跨越河流、山谷等地理障礙的主要構(gòu)筑物之一，越來越多的被應(yīng)用于公路、鐵路等工程項目中。樁基礎(chǔ)是橋梁基礎(chǔ)的主要形式，其具有很高的承載能力，能夠承受橋梁及其附屬結(jié)構(gòu)的自重和車輛荷載。樁基礎(chǔ)的安全關(guān)系整座橋梁的安全。此外，由于樁基礎(chǔ)的施工工藝要求高，屬隱蔽工程，一旦有質(zhì)量問題就難以察覺，所以要求樁基礎(chǔ)在成樁后一定要進行樁基檢測。樁基檢測是檢驗樁基成樁質(zhì)量的重要手段，其中聲波透射法憑借其便捷性和可靠性在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

1檢測原理

聲波透射法也稱聲測法，其檢測樁基礎(chǔ)完整性的工作原理為：將聲測探頭放入預(yù)先埋置好的聲測管中，由聲波發(fā)射器發(fā)射超聲脈沖，超聲脈沖穿過混凝土樁體到達聲波接收器，由于聲波在穿過不同介質(zhì)時，會產(chǎn)生透射和反射，其速度和波幅會產(chǎn)生變化，聲波的衰減和延時可以判斷穿過的介質(zhì)的密度和均勻性等等。具體在樁基檢測時表現(xiàn)的特征為：當(dāng)混凝土樁結(jié)構(gòu)完整密度均勻時，不同深度的樁基礎(chǔ)截面混凝土密度相同，聲波波形規(guī)律正常，首波到達的時間基本相同，且首波的波幅值正常，聲波數(shù)據(jù)如圖1所示;當(dāng)混凝土樁體中存在夾泥、松散、蜂窩、孔洞等嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷時，檢測數(shù)據(jù)中會出現(xiàn)連續(xù)的多個截面聲波數(shù)據(jù)異常，具體表現(xiàn)為：聲波波形畸變，首波到達的時間比正常截面明顯推后，首波波幅很小且小于判定的臨界值，聲波數(shù)據(jù)如圖2所示。當(dāng)出現(xiàn)質(zhì)量缺陷時，可以通過多次檢測，平測和斜測，分析不同的側(cè)面以及不同高度上的聲波參數(shù)，確定混凝土樁體其質(zhì)量缺陷的位置和大小、性質(zhì)等等信息。

聲波透射法檢測樁基礎(chǔ)的施工準(zhǔn)備工作：在樁基礎(chǔ)施工前，根據(jù)樁基礎(chǔ)直徑的大小埋設(shè)一定數(shù)量的聲測管，一般為樁基直徑小于1.5 m時埋設(shè)3根，大于1.5 m時埋設(shè)4根，聲測管為內(nèi)徑不小于5 cm的鋼管，綁于鋼筋籠上，隨鋼筋籠一起下放。在澆筑混凝土?xí)r，要對聲測管管頭進行密封，防止混凝土灌入，引起堵管?；炷翝仓瓿珊螅瑢β暅y管進行灌水并密封。灌水的目的是為了使聲波通過水傳播，達到更好的耦合作用。在測試時，2-3根聲測管為一組，超聲脈沖從一根聲測管中的聲波發(fā)射器發(fā)出，穿過混凝土樁體被另外一根聲測管中的聲波接收器接收，檢測時從樁底向上進行，檢測每一個截面的情況，如圖3所示。

超聲波透射法檢測樁基礎(chǔ)質(zhì)量缺陷的核心原則可以概括為以下四個方面。

（1）超聲脈沖在穿過混凝土樁體時遇到質(zhì)量缺陷，產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，造成聲波的聲程和聲時發(fā)生變化，分析其變化情況，可以判定缺陷的性質(zhì)和大小。

（2）超聲脈沖在穿過混凝土樁體時遇到質(zhì)量缺陷，在穿過缺陷與混凝土的界面時，發(fā)生反射現(xiàn)象，使得超聲脈沖的強度衰減，因而接收器接收到的聲波波幅明顯減小，根據(jù)聲波波幅減小的大小可以判斷缺陷的存在和大小。

（3）超聲脈沖在穿過混凝土樁體時遇到質(zhì)量缺陷，由于聲波的高頻和低頻部分在穿過缺陷時被衰減的程度不同，因而在觀察到聲波波幅減小的同時，也會觀察到聲波頻譜產(chǎn)生不同程度的差異，可以判斷缺陷的存在和大小。

（4）超聲脈沖在穿過混凝土樁體時遇到質(zhì)量缺陷，在穿過缺陷時，聲波發(fā)生轉(zhuǎn)換和疊加現(xiàn)象，因而可以觀察到波形畸變的現(xiàn)象，其可以判斷質(zhì)量缺陷的存在。

2聲波透射法檢測判定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)超聲透射法檢測樁基礎(chǔ)所得數(shù)據(jù)，分析聲波首波到達的時間、波幅的大小、波形的畸變程度等，與臨界速度，臨界波幅，標(biāo)準(zhǔn)波形作對比，判斷樁基礎(chǔ)的完整性，按其完整程度將樁基礎(chǔ)分為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類。具體分類與其判定標(biāo)準(zhǔn)見表1所列。

其中I、Ⅱ類樁基礎(chǔ)可以正常使用，Ⅲ類樁樁身有明顯的質(zhì)量缺陷，需要做進一步的檢測和加固處理后才能使用，Ⅳ類樁有比較嚴(yán)重的質(zhì)量問題，例如大面積的松散、孔洞甚至斷樁，需要制定專項方案。

3工程應(yīng)用

3.1工程概況

某3×16 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，路線長度為134 m，其中橋梁部分長度為53.04 m。

橋墩下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩，橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，橋臺采用樁接蓋梁。設(shè)計高程為橋面中心標(biāo)高，路拱橫坡為雙向2%，橋面縱坡為0.8%。

本次檢測樁基礎(chǔ)為0號橋臺下的樁基礎(chǔ)，0-1號樁和1號橋墩下1-1號樁，其樁徑分別為1 200mm和800mm，采用聲波透射法進行檢測。

3.2樁基檢測

為使測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，樁基檢測現(xiàn)場試驗應(yīng)注意以下要點。

（1）在進行檢測前，對檢測設(shè)備進行檢查，確保儀器、換能器能正常工作;檢查聲測管中注水情況及管道是否有堵管或縮頸情況，確保探頭下放時暢通無阻。

（2）下放聲測探頭時，注意探頭的位置，應(yīng)使三個探頭的位置處于同一水平面內(nèi)。

（3）在提升聲測探頭時，聲波發(fā)射器和聲波接收器應(yīng)在同一平面同步由下往上提升，用于記錄聲測探頭的位置，正常測量時數(shù)據(jù)采集每100 mm記錄一次，當(dāng)遇到質(zhì)量缺陷，聲波明顯異常時，應(yīng)加密測點至50mm采集一次，并應(yīng)進行復(fù)測。

（4）采集數(shù)據(jù)時，觀測人員應(yīng)實時觀測并進行記錄實測曲線，在確認(rèn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤后保存數(shù)據(jù)，并進行存盤。

（5）當(dāng)樁身直徑較大有多個聲測管時，可將多根聲測管以每兩根或者三根為一檢測剖面進行組合進行多次測量，以完成對樁基所有剖面的測量。

（6）當(dāng)波形發(fā)生突變，首波到達時間以及波幅明顯異常時，應(yīng)放慢提升速度加密測量，必要時進行復(fù)測、斜測等手段，以確定樁身缺陷的位置、大小、性質(zhì)等。

3.3數(shù)據(jù)分析及檢測結(jié)果

經(jīng)過對0-1號和1-1號樁基礎(chǔ)的檢測，確認(rèn)準(zhǔn)確無誤后記錄存盤，分析所收集的數(shù)據(jù)，分析聲波首波到達的時間、首波波幅的大小以及波形有無畸變情況，與臨界波速和臨界波幅對比，判定這兩根樁的完整性并進行分類，得到以下結(jié)論，見表2所列。

4結(jié)論

樁基礎(chǔ)由于其施工工藝要求高，又屬于隱蔽工程，質(zhì)量問題不易察覺，若不能對樁基礎(chǔ)進行可靠的檢測，會對橋梁的安全埋下隱患。聲波透射法通過檢測聲波脈沖在樁基礎(chǔ)中的傳遞數(shù)據(jù)，通過平測、斜測、復(fù)測等手段可以準(zhǔn)確的判斷樁基礎(chǔ)的夾泥、縮頸、松散、孔洞等等病害的位置和大小，從而保證樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)完整性。

聲波透射法檢測樁基礎(chǔ)有很好的可靠性，同時其操作便捷，大大提高了樁基礎(chǔ)完整性檢測的效率，在工程項目中應(yīng)用廣泛，逐步成為樁基礎(chǔ)完整性檢測的主要手段。