超聲波法在橋梁樁基檢測中的運(yùn)用

趙輝

山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心（有限公司） 山西太原 030016

1 工程背景分析

某一座橋梁工程，樁基工程主要選用鉆孔灌注樁，樁長為75m，樁徑為2m，預(yù)埋3根聲測管，針對橋梁樁基的施工質(zhì)量，本工程選用超聲波檢測技術(shù)對其進(jìn)行無損檢測。因?yàn)楸緲蛄汗こ痰氖┕すて诜浅＞o張，在樁身混凝土灌注完成后第4d，便利用超聲波檢測技術(shù)檢測橋梁樁身的質(zhì)量，根據(jù)檢測結(jié)果可知，僅能夠接收到非常弱的信號，波形衰減情況非常嚴(yán)重，混凝土齡期嚴(yán)重影響超聲波檢測結(jié)果?？紤]到超聲波檢測質(zhì)量要求與本橋梁工程緊張的施工工期，在橋梁樁身混凝土灌注結(jié)束10d后需要進(jìn)行第二次超聲波檢測，獲得良好的波形，接收到的比較強(qiáng)的信號，樁基混凝土灌注施工質(zhì)量良好[1]。

2 超聲波檢測技術(shù)的基本原理與超聲波檢測設(shè)備

2.1 超聲波檢測技術(shù)的基本原理

在對橋梁樁基質(zhì)量進(jìn)行超聲波檢測過程中，針對樁基混凝土結(jié)構(gòu)，超聲脈沖會向其發(fā)射高頻彈性脈沖波，然后利用高精度接收系統(tǒng)，接收與記錄樁基混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)脈沖波的波動特性與整個(gè)傳播過程。因?yàn)闃痘炷翆儆诙嘞喾蔷|(zhì)結(jié)構(gòu)，聲波在這種結(jié)構(gòu)中的傳播速度是具有規(guī)律性的，假如聲波傳播路徑中出現(xiàn)缺陷問題，如夾泥、孔洞、密實(shí)度差異、裂縫等，在這種情況下，聲波便會以不同的傳播速度通過或者繞過各種介質(zhì)，進(jìn)而會出現(xiàn)一定程度的衰減，改變傳播時(shí)間與降低傳播聲速，同時(shí)波形會發(fā)生畸變、波幅會出現(xiàn)縮減。如果混凝土結(jié)構(gòu)不連續(xù)或者出現(xiàn)破損時(shí)，便會產(chǎn)生波阻抗界面，讓脈沖波傳遞到波阻抗界面時(shí)，便會產(chǎn)生波反射與波透射現(xiàn)象，會對接收的透射波能量造成一定的降低；如果混凝土結(jié)構(gòu)中存在蜂窩、松散、孔洞等缺陷時(shí)，脈沖波便會出現(xiàn)繞射與散射現(xiàn)象。

2.2 超聲波檢測設(shè)備

（1）聲測管。在進(jìn)行超聲波檢測過程中，為獲取精準(zhǔn)的超聲波檢測結(jié)果，需要在施工圖紙中注明聲測管的布設(shè)形式與預(yù)埋方式，同時(shí)根據(jù)樁身檢測控制面積、樁橫截面布局，對聲測管的埋置數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（2）徑向振動換能器與超聲波儀。在本橋梁工程中，通過選用徑向振動換能器，以發(fā)射與接收縱波。另外，在本次超聲波檢測過程中，為有效檢測樁身材料物理力學(xué)性能、樁基完整性情況、混凝土缺陷情況等，選用了ZBL-U520便攜式超聲儀。

3 橋梁樁基質(zhì)量檢測分析

3.1 超聲波檢測的前期準(zhǔn)備

在對本橋梁工程的樁基質(zhì)量進(jìn)行超聲波檢測之前，需要做好前期準(zhǔn)備工作，包括收集與調(diào)查相關(guān)技術(shù)資料，對樁基混凝土灌注施工技術(shù)與常見施工問題進(jìn)行深入了解等。當(dāng)混凝土灌注樁強(qiáng)度齡期達(dá)到14d以后，方可對樁基混凝土進(jìn)行超聲波檢測。通過選用大直徑換能器的圓鋼來疏通聲測管，同時(shí)測量聲測管的內(nèi)徑與外徑大小，測量相鄰聲測管外壁的間距，測量精度誤差不得超過1mm。

3.2 超聲波檢測過程

在對橋梁樁基混凝土灌注樁進(jìn)行超聲波檢測過程中，換能器一定要以相同標(biāo)高進(jìn)行同時(shí)下降與上升，同時(shí)需要對換能器的深度位置進(jìn)行隨時(shí)校準(zhǔn)與調(diào)整，一定要保證相對高層誤差累計(jì)值不超好20mm，以避免因高程誤差偏大而大測試誤差。在進(jìn)行超聲波透射法檢測時(shí)，一定要嚴(yán)格控制波幅與聲時(shí)，與聲時(shí)相比，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷波幅更加敏感，波幅是一個(gè)相對量，根據(jù)波形的起跳點(diǎn)情況來確定聲時(shí)。通過進(jìn)行常規(guī)的超聲檢測，能夠得到橋梁樁基灌注樁沿樁長方向大致的質(zhì)量分布情況，通過采用CT層析成像技術(shù)與專業(yè)分析軟件，能夠加密細(xì)測與定量分析重要部位或者局部可疑部位。如果在一個(gè)灌注樁中設(shè)有不少于3根聲測管，在這種情況下，需要將每兩個(gè)聲測管視為一個(gè)測試剖面，同時(shí)保證檢測參數(shù)與檢測系統(tǒng)狀態(tài)的一致性[2]。

3.3 超聲波檢測數(shù)據(jù)分析與缺陷評定

（1）聲速的判據(jù)。聲速是混凝土材料的一個(gè)基本物理量，聲速大小主要取決于混凝土強(qiáng)度的大小。如果檢測剖面聲速的離散性比較小、聲速值比較低，在這種情況下，需要進(jìn)行相同條件下混凝土試塊聲速與預(yù)留抗壓強(qiáng)度比較試驗(yàn)，同時(shí)對橋梁工程所在區(qū)域的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行有效結(jié)合，以精準(zhǔn)判定聲速低限值。其中，針對與聲速低限值相對應(yīng)的混凝土強(qiáng)度，不得低于應(yīng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%；針對與聲速低限值相對應(yīng)的鉆孔芯樣試件的混凝土強(qiáng)度，不得低于應(yīng)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%。在本橋梁工程中，樁基混凝土灌注樁的聲速離散系數(shù)的檢測值是3.8，樁基均質(zhì)性的等級是A級，表明橋梁樁基未出現(xiàn)質(zhì)量缺陷問題。

（2）波幅隨樁深變化曲線的判據(jù)。波幅平均值減6dB作為波幅臨界值。與波幅臨界值相比，如果波幅實(shí)測值偏低，則需將其判為疑似缺陷區(qū)域。因?yàn)椴ǚ窍鄬α?，再加上橋梁樁基混凝土結(jié)構(gòu)具有顯著的變異性，所以難以確定波幅的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

（3）PSD值的判據(jù)。在進(jìn)行超聲波檢測過程中，主要選用斜率法進(jìn)行異常輔助判斷，也就是說當(dāng)某一個(gè)測點(diǎn)附近的PSD值發(fā)生明顯變化時(shí)，在這種情況下，需要將其作為疑似缺陷區(qū)域。根據(jù)橋梁樁身混凝土缺陷程度、是否存在缺陷問題、樁身混凝土的均質(zhì)性等，橋梁樁身混凝土結(jié)構(gòu)完整性大致可以劃分為4種類型，分別為I類樁、II類樁、III類樁、IV類樁。在本橋梁樁基工程中，各個(gè)樁基混凝土聲測剖面測定的PSD值都是穩(wěn)定的，全部聲測剖面測點(diǎn)出的波幅與聲速都高于臨界值，波形正常，最終判為I類樁[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，在橋梁樁基檢測中，超聲波檢測技術(shù)是一種重要的檢測方法。超聲波檢測技術(shù)具有多種優(yōu)勢，包括便于操作、測量精度高等。因?yàn)闃蛄夯炷凉嘧侗容^復(fù)雜，在采用超聲檢測技術(shù)來檢測橋梁樁身混凝土離析情況與樁身斷樁情況時(shí)，需要選不同的判據(jù)來檢測與判斷不同測點(diǎn)的質(zhì)量。如果各個(gè)判據(jù)檢測結(jié)果均滿足要求，表明該測點(diǎn)的樁身的質(zhì)量是完好的，假如任一判據(jù)檢測結(jié)果沒有滿足質(zhì)量要求，表明該測點(diǎn)樁身存在質(zhì)量缺陷問題。