鐵路橋梁混凝土超聲波檢測(cè)技術(shù)在樁基檢測(cè)中應(yīng)用探析

摘要：利用有效的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行混凝土不同種類(lèi)強(qiáng)度參數(shù)和結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)，是提升鐵路橋梁質(zhì)量安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。結(jié)合鐵路橋梁混凝土超聲波檢測(cè)工程實(shí)例，先從超聲波檢測(cè)技術(shù)原理等方面入手進(jìn)行概要分析，進(jìn)而提出超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用依據(jù)，并針對(duì)時(shí)下主流的鐵路橋梁超聲波檢測(cè)技術(shù)在樁基檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)具體論述，對(duì)超聲波檢測(cè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制分析。

關(guān)鍵詞：鐵路橋梁;超聲波檢測(cè)技術(shù);樁基檢測(cè);實(shí)際應(yīng)用

0" "引言

國(guó)內(nèi)鐵路橋梁建設(shè)工程結(jié)構(gòu)多為樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，作為鐵路橋梁的關(guān)鍵部位，樁基結(jié)構(gòu)質(zhì)量在一定程度上決定了橋梁的強(qiáng)度、穩(wěn)定耐久性，乃至橋梁整體性能[2]。鐵路橋梁施工環(huán)境多為多變地質(zhì)，環(huán)境情況復(fù)雜，受施工能力、技術(shù)水平等因素影響，易導(dǎo)致橋梁樁基出現(xiàn)混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)、混凝土離析等質(zhì)量問(wèn)題。超聲波檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前主流的鐵路橋梁混凝土樁基無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)橋梁樁基整體質(zhì)量測(cè)評(píng)，是保證鐵路橋梁樁基混凝土質(zhì)量的有效控制手段。

1" "鐵路橋梁超聲波檢測(cè)技術(shù)分析

1.1" "超聲波檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

當(dāng)前，鉆芯取樣技術(shù)、大應(yīng)變技術(shù)、靜載技術(shù)、小應(yīng)變技術(shù)是較常見(jiàn)的混凝土樁基檢測(cè)方式，但由于以上檢測(cè)技術(shù)工序復(fù)雜、檢測(cè)成本高、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率低，且只適用于小范圍的抽樣檢測(cè)，因此難以達(dá)到預(yù)期的檢測(cè)效果[3]。超聲波檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)效率高、檢測(cè)實(shí)施便捷、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可對(duì)具備高隱蔽性、高復(fù)雜性、易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷等特點(diǎn)的鐵路橋梁樁基實(shí)施完整性精準(zhǔn)檢測(cè)，有利于保障鐵路橋梁樁基施工質(zhì)量。

1.2" "超聲波檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行鐵路橋梁樁基檢測(cè)，主要通過(guò)超聲波檢測(cè)設(shè)備完成。其主要包括超聲脈沖波發(fā)射源設(shè)備、超聲脈沖接收設(shè)備、聲測(cè)管線及計(jì)算設(shè)備。利用發(fā)射源向混凝土樁基發(fā)射的高頻脈沖彈性超聲波，經(jīng)過(guò)樁基混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)反射，并利用超聲波檢測(cè)設(shè)備高精度聲波接收裝置接收，從而準(zhǔn)確記錄高頻彈性脈沖波在混凝土內(nèi)部的傳導(dǎo)，經(jīng)過(guò)計(jì)算裝置精確分析、處理呈現(xiàn)傳導(dǎo)脈沖特性[4]。其工作原理如圖1所示。

實(shí)際檢測(cè)時(shí)，將超聲波檢測(cè)器聲測(cè)管線安裝在樁基側(cè)，將發(fā)射源探頭和接收探頭置于聲測(cè)管線，注入清水實(shí)現(xiàn)耦合。按一定周期發(fā)射電脈沖，并與發(fā)射換能裝置壓電體綜合轉(zhuǎn)換為高頻彈性超聲脈沖。利用脈沖在樁基混凝土的傳導(dǎo)，準(zhǔn)確收集主頻、波幅、頻譜、波形等脈沖參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理設(shè)備的一系列數(shù)據(jù)分析、處理，形成超聲波脈沖信號(hào)所反映的混凝土質(zhì)量缺陷位置、特性、影響范圍等參數(shù)的判別，呈現(xiàn)混凝土整體勻稱性、強(qiáng)度情況的評(píng)測(cè)結(jié)果指標(biāo)結(jié)論。鐵路橋梁樁基實(shí)際超聲波檢測(cè)如圖2所示。

超聲波透射法是較常用的鐵路橋梁混凝土樁基連續(xù)性、整體行檢測(cè)方法。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施檢測(cè)時(shí)，需要配合預(yù)埋使用至少雙孔聲測(cè)管線，又被叫做雙孔檢測(cè)。

該方法觀察方式可選擇評(píng)測(cè)角度觀察或傾斜角度觀察，并可根據(jù)橋梁樁基樁徑的大小適當(dāng)增加聲測(cè)管線的根數(shù)。樁徑在0.80m以下時(shí)，通常設(shè)置兩根聲測(cè)管線;樁徑在0.8～2m區(qū)間范圍時(shí)，通常設(shè)置3根聲測(cè)管線;樁徑在2m以上時(shí)，通常設(shè)置4根聲測(cè)管線。聲測(cè)管線預(yù)埋位置如圖3所示。

2" "鐵路橋梁混凝土超聲波檢測(cè)劃分依據(jù)

依據(jù)《公路工程樁基動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》實(shí)施規(guī)范及鐵路橋梁混凝土樁基實(shí)際，利用超聲波檢測(cè)技術(shù)完成對(duì)樁基樁管間混凝土質(zhì)量缺陷檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析高頻脈沖波形特點(diǎn)，根據(jù)超聲波波幅大小、傳播速度、臨界標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成樁基整體缺陷分析結(jié)論。如果聲測(cè)剖面超聲波波幅及傳播速度大于標(biāo)準(zhǔn)值，則證明樁基完整性良好，可正常使用。如果個(gè)別某處生產(chǎn)剖面超聲波參數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn)值，證明樁身存在輕微缺陷，對(duì)使用不產(chǎn)生影響。如果超聲波聲測(cè)剖面超聲波參數(shù)呈連續(xù)位置小于標(biāo)準(zhǔn)值，證明樁身存在較大缺陷，影響樁基正常使用。根據(jù)樁體質(zhì)量缺陷程度，形成如下樁基完整性判定劃分依據(jù)：

參考依據(jù)樁基外觀，樁體整體結(jié)構(gòu)完整且使用性能正常，每個(gè)高頻脈沖聲測(cè)坡面聲速波幅參數(shù)數(shù)值呈現(xiàn)明顯超出要求的臨界標(biāo)準(zhǔn)值。參考依據(jù)樁基外觀，樁體整體結(jié)構(gòu)完整且可正常使用，但外觀呈現(xiàn)破損跡象，且某處檢測(cè)位置超聲波波幅并沒(méi)達(dá)到所要求的臨界標(biāo)準(zhǔn)值，波形呈現(xiàn)正常情況。

樁基外觀呈現(xiàn)較明顯質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重影響樁體承載，并在某處檢測(cè)位置超聲波聲測(cè)剖面陸續(xù)發(fā)生波幅未達(dá)到要求臨界標(biāo)準(zhǔn)值的現(xiàn)象，深度曲線斜率檢測(cè)呈現(xiàn)異常，波形呈現(xiàn)非正常狀態(tài)波動(dòng)。樁基外觀缺損嚴(yán)重，樁體結(jié)構(gòu)難以正常承載，無(wú)法滿足正常功能，并在某處檢測(cè)位置超聲波聲測(cè)剖面，超聲波波幅值及聲色沉陷出現(xiàn)較大變化波動(dòng)，波形形變十分嚴(yán)重，質(zhì)量問(wèn)題較嚴(yán)重。

3" "鐵路橋梁超聲波檢測(cè)技術(shù)在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1" "鐵路橋梁混凝土樁基檢測(cè)準(zhǔn)備

3.1.1" "超聲波檢測(cè)管線埋設(shè)

超聲波聲測(cè)管線是超聲波檢測(cè)樁基中用于換能設(shè)備的通道，利用超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行鐵路橋梁樁基混凝土質(zhì)量檢測(cè)，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行聲測(cè)管線埋設(shè)。管線主材應(yīng)優(yōu)先選擇金屬材質(zhì)，連接方式選擇螺紋連接，聲測(cè)管線內(nèi)直徑應(yīng)不小于換能設(shè)備外直徑15mm。通常聲測(cè)管線采用類(lèi)似鋼筋籠的綁扎模式，封閉處通常不低于樁身300mm位置，以避免雜物進(jìn)入到管線內(nèi)。聲測(cè)管線數(shù)量決定了樁基探傷精度及探傷剖面數(shù)量。

3.1.2" "超聲波檢測(cè)設(shè)備準(zhǔn)備

超聲波檢測(cè)設(shè)備是影響鐵路橋梁混凝土樁基檢測(cè)結(jié)果的關(guān)鍵，通常包括聲波檢測(cè)儀器、能量轉(zhuǎn)換器、計(jì)算設(shè)備及檢測(cè)管線。在實(shí)施正式檢測(cè)前，應(yīng)調(diào)節(jié)修正超聲波檢測(cè)設(shè)備，保證檢測(cè)涉及的延遲時(shí)間、超聲波傳播時(shí)間等參數(shù)，滿足檢測(cè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際工程檢測(cè)需求。

3.2" "超聲波檢測(cè)技術(shù)工序?qū)嵤?/p>

針對(duì)鐵路橋梁樁基不同剖面實(shí)施檢測(cè)時(shí)，應(yīng)通過(guò)先平測(cè)，檢測(cè)出樁基異常參數(shù)剖面位置，再進(jìn)行更加精細(xì)的加密平測(cè)、扇形掃測(cè)或傾斜檢測(cè)的等方式完成。平測(cè)剖面時(shí)，應(yīng)保證超聲波檢測(cè)設(shè)備、發(fā)射和接收換能設(shè)備，在聲測(cè)管線內(nèi)部同時(shí)完成升降。傾斜測(cè)量剖面時(shí)，應(yīng)將發(fā)射、接收換能設(shè)備置于差異高度的管道中，并完成設(shè)備的同時(shí)升降，檢測(cè)不同檢測(cè)位置的異常參數(shù)值，從而準(zhǔn)確定位混凝土樁基缺陷區(qū)域。

扇形掃檢測(cè)主要通過(guò)將發(fā)射換能設(shè)備置于指定高度，使其他測(cè)線點(diǎn)呈現(xiàn)扇形剖面狀檢測(cè)。扇形掃檢測(cè)中不同檢測(cè)點(diǎn)的測(cè)距不同，雖然可通過(guò)變換波速完成比對(duì)，但不適用于超聲波幅度比對(duì)，只能單純憑借鄰近檢測(cè)點(diǎn)位波幅曲線的參數(shù)突變，分析、判斷是否存在混凝土質(zhì)量缺陷。

3.3" "超聲波檢測(cè)參數(shù)結(jié)果測(cè)評(píng)

根據(jù)對(duì)不同檢測(cè)點(diǎn)位超聲波檢測(cè)得到的波幅值、聲速值等參數(shù)，與樁基高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線形成混凝土樁基缺陷測(cè)算，通過(guò)對(duì)檢測(cè)參數(shù)的分析、計(jì)算，得出樁基的質(zhì)量評(píng)測(cè)結(jié)論。

3.3.1" "混凝土強(qiáng)度參數(shù)結(jié)果測(cè)評(píng)

根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)中的混凝土抗壓強(qiáng)度參數(shù)同混凝土彈性模量參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定超聲傳播速度，即超聲波聲速同混凝土力學(xué)參數(shù)指標(biāo)、混凝土抗壓強(qiáng)度之間存在關(guān)聯(lián)，并可根據(jù)表1的標(biāo)準(zhǔn)判定混凝土強(qiáng)度。

3.3.2" "根據(jù)超聲波傳播速度參數(shù)判別樁基混凝土缺陷

根據(jù)概率法計(jì)算得出超聲波傳播標(biāo)準(zhǔn)臨界值。質(zhì)量合格混凝土超聲波傳速臨界參數(shù)具備離散特性的特點(diǎn)，在聲速臨界值確定過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)質(zhì)量合格混凝土標(biāo)準(zhǔn)差參數(shù)和聲速均值參數(shù)界定，以避免獲得的聲速均值過(guò)小而引起數(shù)據(jù)遺漏。

3.3.3" "根據(jù)超聲波波幅參數(shù)判別樁基混凝土缺陷

超聲波波幅參數(shù)應(yīng)通過(guò)對(duì)比得出，一般超過(guò)半數(shù)的波幅數(shù)據(jù)是由檢測(cè)獲取的。如果波幅臨界值較小，應(yīng)取平均值6dB作為臨界值，根據(jù)臨界值判定缺陷待定范圍。

混凝土質(zhì)量缺陷的聲時(shí)參數(shù)變化會(huì)引起深度曲線斜率增加，同時(shí)聲時(shí)參數(shù)變化能夠反映缺陷程度，所以根據(jù)深度曲線斜率參數(shù)，可輔助判定混凝土質(zhì)量缺陷。當(dāng)斜率在某檢測(cè)點(diǎn)位產(chǎn)生較大波動(dòng)時(shí)，可判定為缺陷待定區(qū)域。

3.3.4" "超聲波波幅、傳播速度及PSD參數(shù)評(píng)測(cè)

一旦某混凝土樁基檢測(cè)點(diǎn)位判定為波幅異常且為缺陷待定區(qū)域，應(yīng)利用更加精細(xì)的加密平測(cè)、扇形掃測(cè)或傾斜檢測(cè)的等方式完成后續(xù)檢測(cè)，利用波幅測(cè)算數(shù)據(jù)判定缺陷的準(zhǔn)確方位和等級(jí)。如果超聲波波幅、傳播速率、深度曲線斜率等參數(shù)與臨界值差距較大，應(yīng)結(jié)合施工技術(shù)、波形等數(shù)據(jù)，完成混凝土缺陷等級(jí)和方位的確定。如果波速連續(xù)低于臨界值，應(yīng)借助鉆孔取芯方式進(jìn)一步測(cè)算混凝土強(qiáng)度參數(shù)。

3.4" "超聲波檢測(cè)技術(shù)在鐵路橋梁樁基的檢測(cè)應(yīng)用

超聲波聲測(cè)管線埋設(shè)過(guò)程中，應(yīng)保證測(cè)管間保持水平對(duì)稱狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)探頭在管內(nèi)的隨意移動(dòng)。聲測(cè)管數(shù)量應(yīng)根據(jù)樁基管徑密度確定。做好超聲波聲測(cè)管線的防護(hù)，加裝聲測(cè)管口蓋，以免阻礙檢測(cè)儀器探頭移動(dòng)。限制探頭伸入柱低部位，并防止由于雜物進(jìn)入導(dǎo)致管線堵塞及傳感器失效等問(wèn)題。

實(shí)施超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用，應(yīng)在鐵路橋梁樁基混凝土施工結(jié)束后的4周內(nèi)進(jìn)行。檢測(cè)工序應(yīng)按照挖樁、破樁、找平、檢測(cè)的順序。樁清除過(guò)程中應(yīng)避免雜物進(jìn)入聲測(cè)管線。針對(duì)包含傳感器元件及數(shù)據(jù)采集元件的超聲波探頭，應(yīng)保證元件的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，并應(yīng)選擇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試模式完成測(cè)試，保證超聲波測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，波形清晰。

聲測(cè)管線應(yīng)與鋼筋籠綁扎牢固，用鉛絲緊固，間距應(yīng)保持在3m。主筋側(cè)設(shè)置U形定位，以避免鋼筋籠使用時(shí)產(chǎn)生互相碰撞，從而引起聲測(cè)管線的堵塞或形變。依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定聲測(cè)管線厚度值，并保證管壁剛性及管接頭位置焊接質(zhì)量，保證聲測(cè)管線內(nèi)徑空間。

實(shí)施超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)保證聲測(cè)管中注滿清水，以免因水渾濁造成超聲波的明顯衰減，延長(zhǎng)傳播時(shí)長(zhǎng)，影響檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率。如果判定樁基存在局部缺陷，應(yīng)輔助應(yīng)用低應(yīng)變技術(shù)或鉆芯技術(shù)進(jìn)行樁基完整性測(cè)算。

從源頭控制混凝土施工工序，混凝土澆筑時(shí)及時(shí)情清孔，確保連續(xù)澆筑，有效控制樁基底部沉渣厚度，防止出現(xiàn)樁體混凝土離析及施工冷縫等現(xiàn)象，有效避免鐵路橋梁樁基承載力缺陷。

4" "結(jié)語(yǔ)

超聲波檢測(cè)技術(shù)具備準(zhǔn)確性高、檢測(cè)實(shí)施簡(jiǎn)便、檢測(cè)效率高等優(yōu)勢(shì)，針對(duì)鐵路橋梁混凝土樁基結(jié)構(gòu)的驗(yàn)收檢測(cè)應(yīng)用效果較好，可有效提升混凝土施工質(zhì)量，保證鐵路橋梁的后期使用功能和質(zhì)量安全。本文結(jié)合鐵路橋梁混凝土樁基超聲波檢測(cè)工程實(shí)例，從多角度入手，圍繞鐵路橋梁混凝土超聲波檢測(cè)技術(shù)在樁基檢測(cè)中具體應(yīng)用展開(kāi)探討，旨在為鐵路橋梁樁基結(jié)構(gòu)檢測(cè)實(shí)施提供創(chuàng)新思路，為類(lèi)似鐵路橋梁樁基混凝土檢測(cè)方案設(shè)計(jì)和技術(shù)應(yīng)用提供借鑒。

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