橋梁樁基施工超聲波檢測技術(shù)控制分析

吳建江 張成成

摘要：橋梁樁基混凝土采用超聲波檢測技術(shù)檢測混凝土的完整性和強度指標(biāo)，可以為公路橋梁的驗收提供科學(xué)依據(jù)，橋梁樁基施工具有高度的隱蔽性，施工質(zhì)量缺陷極不容易被發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量事故的處理成本較高、技術(shù)難度也較大。橋梁樁基檢測是樁基施工質(zhì)量控制的必要環(huán)節(jié)。以華北地區(qū)橋梁樁基施工超聲波檢測技術(shù)為例，通過第三方的檢測案例，分析了混凝土超聲波檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測技術(shù)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：橋梁混凝土;超聲波檢測技術(shù);樁基檢測;應(yīng)用分析

近年來我國高等級公路橋梁建設(shè)速度突飛猛進，橋梁樁基已經(jīng)成為一種重要的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，華北地區(qū)橋梁樁基工程由于其特殊的設(shè)計構(gòu)造和地質(zhì)條件，平原地區(qū)樁基多為樁基與土體相互摩擦的摩擦樁，由于工程條件和地質(zhì)特性的特殊性，受到施工專業(yè)技術(shù)水平及經(jīng)驗的影響而變得比較復(fù)雜，樁基施工中極易形成縮徑、空洞、混凝土離析和混凝土強度偏低等質(zhì)量缺陷，要想準(zhǔn)確的測定樁基缺陷的位置和缺陷類別，制定正確的處理措施、評定樁基的質(zhì)量等級，橋梁樁基檢測技術(shù)已經(jīng)成為橋梁檢測的重要組成部分。

1樁基檢測技術(shù)組成及分類

橋梁樁基的成樁檢測方法按橋梁檢測規(guī)范有低應(yīng)變、高應(yīng)變、靜載荷載試驗和超聲波檢測，其中超聲波檢測是應(yīng)用較為廣泛和有效的檢測方法。超聲波檢測樁基技術(shù)是利用超聲波在介質(zhì)中傳播質(zhì)點的彈性振動過程，測試儀器產(chǎn)生的脈沖信號激勵發(fā)射頭，發(fā)射探頭將脈沖能量轉(zhuǎn)化為機械振動，接收探頭再將機械振動轉(zhuǎn)化為電磁振動能量，發(fā)射的超聲波經(jīng)過介質(zhì)水的耦合和放大，從而顯示在檢測儀的屏幕上，成為可以直觀觀察和讀取的波形曲線數(shù)據(jù)，通過曲線判斷樁身混凝土的均勻性、缺陷性質(zhì)和缺陷部位。

采用超聲波檢測設(shè)備RS-ST06D型超聲波檢測儀及配件（圖1）進行樁基檢測，現(xiàn)場連接示意圖如圖2。

進行樁基超聲波試驗分析時，當(dāng)波形曲線形態(tài)完整圓滑、振幅大、主頻峰值突出、首波陡峭，第一周期波形沒有畸形波，接收波的包絡(luò)呈現(xiàn)明顯的半圓形，一周期的后半周達到較高振幅時，可以判斷此灌注樁沒有質(zhì)量缺陷。

2超聲波的檢測技術(shù)的應(yīng)用

在日常的樁基超聲波檢測數(shù)據(jù)采集和分析時，要著重采用波幅臨界值、聲速值進行判定，結(jié)合波形特征來判定樁身的完整性，特殊情況時要綜合PSD值、聲速離異系數(shù)以及相關(guān)資料來判定樁身完整性的類別，超聲波檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析參數(shù)主要有：①混凝土聲速的平均值V均;②混凝土聲速的標(biāo)準(zhǔn)差Sv;③混凝土聲速的變異系數(shù)Cv;④波幅測量的平均值A(chǔ)m;⑤混凝土的PSD值。

《公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程》（JTG/T 3512-2020）中，根據(jù)樁身是否存在缺陷、嚴(yán)重程度和波形特征，將樁身的完整性按以下4類進行劃分及判定：Ⅰ類樁：樁身完整，可正常使用;各聲測剖面每個測點的聲速、波幅值均大于臨界值，波形正常。

Ⅱ類樁：樁身基本完整，有輕度缺陷，不影響正常使用;某一聲測剖面?zhèn)€別測點的聲速、波幅值略小于臨界值，波形基本正常。Ⅲ類樁：樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響;某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值小于臨界值，PSD值變大，波形產(chǎn)生畸變。Ⅳ類樁：樁身有嚴(yán)重缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有嚴(yán)重影響;某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值明顯小于臨界值，PSD值突變，波形嚴(yán)重畸變。某單位路橋檢測中心負(fù)責(zé)檢測的XX高速公路X標(biāo)段k53+382.6辛莊橋的的超聲波檢測樁基，樁基設(shè)計直徑1200mm，設(shè)計樁長為41m，采用內(nèi)部埋設(shè)ABC三根聲測管的檢測方法，聲測管組數(shù)為AB、AC、BC三組相互耦合，耦合介質(zhì)為水，1-1#～1-3#樁基的完整性檢測結(jié)果如表1。

在橋梁樁基的超聲波檢測檢測過程中，超聲波到達樁基混凝土的缺陷臨界面時，超聲波會發(fā)生散射和繞射，使得到達接收換能器的波幅振動明顯變化，可以根據(jù)放大的換能器信號和聲波波幅的變化劇烈程度，判別缺陷的性質(zhì)及大小。同時超聲波通過缺陷部位也會引起傳播路徑及其相位的變化，影響信號的主頻和頻譜的形狀，造成接收信號的波形畸變，超聲波的能量迅速衰減，傳播路徑發(fā)生變化，這時可以結(jié)合低應(yīng)變檢測技術(shù)進行缺陷樁基檢測（圖3），將其與超聲波檢測結(jié)果示意圖（圖4）進行比較，從而準(zhǔn)確判斷樁基的完整程度，達到無破損樁基檢測精確的目的。

利用超聲波分別對完整混凝土和缺陷混凝土進行檢測比較，通過超聲波的聲速、波幅頻譜圖差異的比較，充分利用缺陷混凝土與超聲波聲學(xué)參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，可以綜合判定混凝土的內(nèi)部缺陷情況，利用超聲波分析PSD與聲速波幅結(jié)合的綜合測定，可以對樁身混凝土進行判斷，超聲波檢測在橋梁樁基工程施工的質(zhì)量檢測中能夠取得滿意的結(jié)果。

3超聲波檢測樁基的注意事項

（1）超聲波聲測管埋設(shè)時必須保證各聲測管之間相互平行對稱，探頭可以在聲測管內(nèi)同步自由的伸縮，橋梁聲測管埋設(shè)根數(shù)與樁基的直徑密切相關(guān)，公路橋梁工程中樁徑小于800mm時聲測管一般為2根，樁徑大于1600mm時聲測管一般不少于4根，樁徑在800mm～1600mm時聲測管宜采用3根，采用儀器檢測時每2根聲測管為一組分別進行檢測。

（2）樁基宜在成樁28d后進行超聲波檢測，樁頭部位先開挖和破除樁頭，表面磨平后再進行檢測，必要時在表面鋪水泥砂漿整平檢測面，破樁頭要注意保護成樁時埋設(shè)的聲測管，注意聲測管內(nèi)不得掉進混凝土殘渣等雜物，不得灌入泥漿而影響測試探頭順利放入樁底，必要時應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)處理措施。

（3）聲測管應(yīng)與鋼筋籠的主筋牢固的綁扎在一起，禁止采用焊接形式與主筋焊接在一起，沿樁長每隔不超過3m采用鉛絲綁扎一道，聲測管口接頭處與主鋼筋點焊連接，聲測管采用鑄鐵管制作，鑄鐵管壁厚滿足設(shè)計和規(guī)范要求，要特別注意鑄鐵管接頭處的焊接質(zhì)量，保證聲測管的內(nèi)徑有足夠空間，換能器能夠在聲測管內(nèi)部自由伸縮。

（4）超聲波檢測儀器由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、成對換能器組成，檢測儀器符合鑒定有效期內(nèi)的技術(shù)性能求，檢測前進行嚴(yán)格的律定試驗，波形清晰、聲時準(zhǔn)確，換能器的精度要符合成樁的設(shè)計要求，盡量采用重量相對較大的換能器，換能器要能夠同時收放、高度始終保持一致。

（5）超聲波的頻譜分析通過各頻率的分量幅度解析，找出幅度最大的主頻率，在頻譜分析時截取不同的波列長度將得到不同的頻譜曲線，在頻譜分析中要考慮分辨率和漏波對檢測精度的影響，同時考慮疊加波對檢測的不利影響。

（6）檢測中要獲得一次波頻譜特性，橋梁樁基檢測要合理選取采樣的頻率，使信號的頻譜分析有足夠的精度，最大限度的降低時域精度和頻域精度的影響范圍。

4超聲波樁基檢測技術(shù)的局限性

超聲波檢測樁身部位的混凝土缺陷一般都能夠順利測出，但是樁身混凝土檢測只是針對兩根管間的混凝土，而對于樁基的擴徑等則不能有效的測出，因此超聲波檢測技術(shù)是具有一定局限性的，超聲波只能檢測樁基部分的混凝土質(zhì)量，對于嵌巖樁或者支撐樁，還應(yīng)該配合低應(yīng)變反射法檢測樁端的支撐情況，以確保樁基保承載力滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

5結(jié)語

超聲波樁基檢測技術(shù)具有檢測設(shè)備簡單、操作快捷方便的特點，超聲波測試儀的穿透能力較強，特別適用于對樁基混凝土的檢測和驗收，超聲波技術(shù)可以適用于超大尺寸混凝土灌注樁的檢測，也可以檢測樁基混凝土內(nèi)部的質(zhì)量缺陷和強度情況，超聲波測試時需要操作人員具有一定的工作經(jīng)驗，檢測精度的高低與試驗人員的經(jīng)驗判斷密切相關(guān)，超聲波檢測技術(shù)能夠得到某些測線上的混凝土質(zhì)量信息，利用超聲波數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算分析，其成像結(jié)果是精確可控的。

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浙江省工程物探勘察設(shè)計院有限公司 3100007FB12FAC-FDC8-4ADA-8210-920B3E7AECA6