橋梁樁基檢測中混凝土超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用

彭 嶼

(貴州黔程弘景工程咨詢有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000)

1 引 言

在橋梁工程下部結(jié)構(gòu)施工中，施工區(qū)域地理形勢比較復(fù)雜，因此混凝土樁基結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較廣泛?；炷翗痘Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好，并且能夠有效提升橋梁工程抗震能力，樁基結(jié)構(gòu)能夠?qū)蛄汗こ躺喜拷Y(jié)構(gòu)所承受的荷載傳遞至下部持力層中，進(jìn)而緩解基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不均勻沉降。在橋梁工程混凝土樁基施工中，由于是隱蔽工程，地質(zhì)條件、施工技術(shù)水平等均會(huì)對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，混凝土樁基質(zhì)量隱患較多。為了對(duì)混凝土樁基施工質(zhì)量進(jìn)行檢測分析，亟需對(duì)超聲波檢測技術(shù)在橋梁工程混凝土樁基施工中的應(yīng)用方式和效果進(jìn)行深入研究。

2 超聲波檢測技術(shù)概述

在橋梁工程樁基結(jié)構(gòu)成樁檢測中，常用技術(shù)包括低應(yīng)變檢測技術(shù)、高應(yīng)變檢測技術(shù)、靜荷載試驗(yàn)以及超聲波檢測技術(shù)。在利用超聲波技術(shù)進(jìn)行樁基檢測時(shí)，超聲波能夠在介質(zhì)中傳播，并產(chǎn)生彈性振動(dòng)，檢測儀器可發(fā)出脈沖信號(hào)，發(fā)射探頭能夠?qū)⒚}沖能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)，而接收探頭能夠?qū)C(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電磁振動(dòng)能量，介質(zhì)水將發(fā)射的超聲波進(jìn)行放大和耦合，使其顯示在檢測儀屏幕上，進(jìn)而形成波形曲線數(shù)據(jù)，檢測人員通過對(duì)曲線變化形式進(jìn)行分析，即可判斷混凝土樁基結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷和均勻性。在超聲波檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中。

3 橋梁樁基混凝土施工常見缺陷

樁基是橋梁工程的承重基礎(chǔ)，通過加強(qiáng)樁基結(jié)構(gòu)施工技術(shù)控制，能夠有效提升樁基結(jié)構(gòu)質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在橋梁工程混凝土樁基檢測中已形成完善的技術(shù)體系，在橋梁工程混凝土樁基、PCC樁基以及鋼板樁基施工中，可結(jié)合實(shí)際需要選用適宜的檢測技術(shù)。

在橋梁工程混凝土樁基施工中，常見質(zhì)量問題主要包括以下幾點(diǎn)：第一，混凝土樁基樁徑縮小；第二，樁基沉渣現(xiàn)象；第三，混凝土施工材料離析、混凝土攪拌不均勻所造成的骨料懸浮問題；第四，樁身斷裂。由于橋梁工程樁基施工工藝復(fù)雜，并且容易受到各類因素的影響，因此，為了保證樁基施工質(zhì)量，避免對(duì)橋梁工程整體質(zhì)量造成不良影響，不僅需加強(qiáng)施工環(huán)節(jié)控制，同時(shí)在樁基施工完成后，還可采用超聲波檢測技術(shù)對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，不僅檢測效率高、無損，而且還可保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 橋梁樁基混凝土超聲波檢測技術(shù)要點(diǎn)

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

在超聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用中，聲測管是由鑄鐵管等材料制作的，在聲測管制作過程中，必須嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鑄鐵管壁厚度、接頭焊接質(zhì)量等進(jìn)行仔細(xì)檢查和控制，確保聲測管內(nèi)部有充足空間能夠滿足換能器自由伸縮要求。在聲測管安裝環(huán)節(jié)，不可采用焊接施工方式，要求綁扎在鋼筋籠主筋上，在綁扎過程中，可選擇鉛絲，沿樁長方向每間隔3 m進(jìn)行綁扎，而對(duì)于主筋與聲測管接頭，可采用點(diǎn)焊方式進(jìn)行連接。

4.2 合理設(shè)置聲測管

對(duì)于聲測管，可采用平行對(duì)稱的方式進(jìn)行埋設(shè)，確保探頭能夠在聲測管中自由伸縮，根據(jù)橋梁工程樁基直徑確定聲測管數(shù)量。在超聲波檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，樁徑小于或等于800 mm時(shí)，不少于2根聲測管，和樁基中心點(diǎn)成一條直線；樁徑大于800 mm且小于或等于1 600 mm時(shí)，不少于3根聲測管，形成60°角的等邊三角形擺放；樁徑大于1 600 mm時(shí)，不少于4根聲測管，成90°角正方擺放；如果樁基直徑在2 500 mm以上，則應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)增加聲測管埋設(shè)數(shù)量。

4.3 放置聲測管

在橋梁工程混凝土樁基施工完成28 d后，即可采用超聲波檢測技術(shù)。在具體的檢測過程中，首先挖開樁頭，要求管口高于混凝土頂面100 mm以上，同時(shí)還需對(duì)管口表面做好抹平處理。在破除樁頭時(shí)，應(yīng)注意避免對(duì)樁體中的聲測管造成損壞，同時(shí)還應(yīng)避免雜物落入至聲測管中，最后將探頭放置在樁基底部。

4.4 校正換能器精度

超聲檢測設(shè)備是由換能器、數(shù)據(jù)采集裝置等所組成的，在各類檢測設(shè)備應(yīng)用前，首先需對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行檢測和校對(duì)。在實(shí)際檢測中，可采用律定試驗(yàn)對(duì)聲時(shí)以及波形準(zhǔn)確性進(jìn)行檢測，同時(shí)還需根據(jù)成樁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)換能器精度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。如果檢測條件允許，可采用重量較大的換能器，并且必須確保換能器高度能夠與收放動(dòng)作保持一致。

4.5 充分考慮各種因素提高頻譜解析準(zhǔn)確性

在獲得超聲頻譜后，要求解析不同頻率分量、不同幅度，然后對(duì)主頻率最大幅度進(jìn)行分析，截取不同波列長度，進(jìn)而獲得頻譜曲線圖。超聲檢測技術(shù)人員在對(duì)頻譜進(jìn)行分析時(shí)，要求綜合考慮漏波、疊加波因素以及分辨率因素，確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性。

4.6 科學(xué)選擇采樣頻率

在對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測分析時(shí)，應(yīng)選擇適宜的采樣頻率，對(duì)波頻譜特征進(jìn)行科學(xué)合理的分析，提升頻譜信號(hào)準(zhǔn)確性，盡量避免頻域以及時(shí)域?qū)︻l譜分析結(jié)果的準(zhǔn)確性造成不良影響。

5 橋梁混凝土樁基超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

5.1 工程概況

在某高速公路橋梁工程施工中，建設(shè)區(qū)域地勢平坦，但有大量沖溝，相對(duì)高差在150 m～350 m之間。該橋梁工程長度為256 m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，而下部構(gòu)造是由柱式橋墩以及肋板式橋臺(tái)所組成的，在橋梁樁基施工中，采用鉆孔灌注樁施工技術(shù)。根據(jù)施工現(xiàn)場勘查成果，綜合考慮該橋梁工程建設(shè)要求，在樁基中共有60根橋墩樁以及24根橋臺(tái)樁，在樁基施工中，采用水下混凝土灌注施工技術(shù)。在對(duì)樁基結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量進(jìn)行檢測時(shí)，對(duì)于每根樁基，均采用3根聲測管以三角形布置形式進(jìn)行測量。

5.2 檢測結(jié)果分析

在本次樁基檢測中，應(yīng)用超聲檢測儀時(shí)，采樣時(shí)間間隔為1.1 μs，延遲時(shí)間200 μs，采用連發(fā)的觸發(fā)方式，發(fā)射脈寬20 μs，發(fā)射電壓500 V，檢測方向向下，換能器為壓電陶瓷式徑向換能器，直徑為3 cm，發(fā)射頻率為50 kHz。在具體的檢測過程中，檢測目標(biāo)為樁基礎(chǔ)0#臺(tái)右幅樁基0#～4#樁，樁基長度為26 m，樁徑為1.5 m。聲測管布置形式如圖1所示，用聲波透射法進(jìn)行剖面分析，AB剖面測試結(jié)果如圖2～圖4所示。

圖1 聲波透射法聲測管布置示意圖

圖2 聲時(shí)-波幅曲線圖

圖3 聲時(shí)—PSD曲線圖

圖4 聲速—波幅曲線圖

在獲得超聲檢測結(jié)果后，對(duì)聲速、聲時(shí)測據(jù)進(jìn)行分析。聲速測據(jù)均為臨界值以上，波形波動(dòng)規(guī)律，檢測結(jié)果正常；而聲時(shí)測據(jù)低于臨界值，波幅出現(xiàn)紊亂，檢測結(jié)果異常。由圖中的圖形變化可以初步分析出，AB剖面樁施工質(zhì)量較好，但是部分測點(diǎn)聲速比較小，主要原因在于在該樁基檢測中，樁基混凝土強(qiáng)度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。通過對(duì)聲幅進(jìn)行分析，在AB剖面5～6 m深度位置有質(zhì)量缺陷，其余部分施工質(zhì)量較好，產(chǎn)生缺陷的原因主要是在于聲測管接口位于剖面5～6 m深度，聲測管接頭有殘留焊渣，并混入至混凝土樁體中，導(dǎo)致聲幅測值異常。

6 結(jié) 語

綜上所述，本文主要結(jié)合實(shí)例，對(duì)超聲檢測技術(shù)在橋梁工程混凝土樁基施工質(zhì)量檢測中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究。與常規(guī)檢測技術(shù)相比，超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢明顯，所需設(shè)備簡單，并且操作方式便捷。超聲波穿透能力強(qiáng)，能夠?qū)Τ蟪叽缁炷翗痘|(zhì)量進(jìn)行檢測，查明質(zhì)量缺陷以及樁基強(qiáng)度，并且檢測結(jié)果精度具有可控性，值得推廣應(yīng)用。