超聲波透射法與低應(yīng)變反射波法在橋梁基樁檢測(cè)中的對(duì)比研究

文 / 郭穎佳

橋梁工程建設(shè)速度加快，應(yīng)用多種樁基礎(chǔ)形式，成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要形式。橋梁基礎(chǔ)工程造價(jià)，占據(jù)工程總造價(jià)1/4，控制好基礎(chǔ)工程質(zhì)量，能夠保障整體工程質(zhì)量。由于樁基礎(chǔ)比較隱蔽，施工工序復(fù)雜，所以對(duì)施工技術(shù)提出嚴(yán)格要求。

當(dāng)前，橋梁基樁工程建設(shè)，面臨的工程質(zhì)量問(wèn)題較多，必須關(guān)注樁基檢測(cè)問(wèn)題?；炷凉嘧妒┕すに噺?fù)雜，基樁工程質(zhì)量影響因素多，主要表現(xiàn)在樁頂混凝土輸送、夾泥、離析等方面。在工程實(shí)踐中，為了確保樁基工程質(zhì)量與安全，必須準(zhǔn)確檢測(cè)基樁性能與質(zhì)量。按照數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，混凝土灌注樁缺陷率約為20%，因此掌握基樁檢測(cè)技術(shù)與方法，有助于提升工程建設(shè)質(zhì)量與安全。

一、橋梁基樁缺陷類(lèi)型與成因

橋梁基樁施工工藝不佳、地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)基樁承載力影響大。

第一，斷樁：樁身斷裂、斷開(kāi)，是基樁嚴(yán)重缺陷問(wèn)題，極大影響基樁承載力。斷樁事故是由于外部壓力大、拔管速度快所致。

第二，樁底沉渣厚度大：樁底和巖層間存在軟弱層，且端承樁對(duì)樁基承載力影響大，且灌注前塌孔、清孔不干凈，就會(huì)不斷積累沉渣，增加厚度。

第三，混凝土配合比不合理，和易性不足，導(dǎo)致混凝土骨料不均勻，致使混凝土出現(xiàn)蜂窩狀問(wèn)題，且含砂量大，影響樁身強(qiáng)度與承載性能。

第四，夾泥、擴(kuò)徑、空洞缺陷，多是由于混凝土材料摻加大量泥土、材料性能與質(zhì)量控制不足導(dǎo)致。孔壁混凝土灌注操作時(shí)，如果地基土粘性大，將會(huì)引發(fā)輕微塌孔問(wèn)題。

針對(duì)缺陷成因與現(xiàn)象問(wèn)題，必須選擇科學(xué)的檢測(cè)方法，詳細(xì)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷樁身缺陷問(wèn)題。

二、超聲波透射法與低應(yīng)變反射波法檢測(cè)原理

超聲波透射法，是一種基于波傳播理論的檢測(cè)方法。當(dāng)混凝土樁存在缺陷時(shí)，混凝土并非均勻整體，且缺陷面極易形成阻抗面，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力波反射、折射問(wèn)題，改變波速與波幅。超聲波透射法。將超聲波發(fā)射至聲測(cè)管內(nèi)，當(dāng)經(jīng)過(guò)缺陷位置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生繞射、散射現(xiàn)象，儀器接收缺陷信息，對(duì)比完整信息參數(shù)，掌握混凝土內(nèi)部質(zhì)量情況。

低應(yīng)變法。將樁身假設(shè)為一維彈性桿，檢測(cè)操作前，鑿除樁頂軟弱層，按照樁徑大小，確定傳感器安裝位置。在檢測(cè)操作時(shí)，錘擊樁頂形成應(yīng)力波，并且沿著樁身向下傳播。應(yīng)力波遇到缺陷面時(shí)，由于波阻抗變化，入射角出現(xiàn)透射、反射、散射現(xiàn)象。傳感器接收波形，通過(guò)波形分析，能夠推測(cè)樁長(zhǎng)與深度。通過(guò)反射波正反向波幅大小，準(zhǔn)確判斷缺陷類(lèi)型。

三、超聲波法與低應(yīng)變法的特點(diǎn)比較

超聲波透射法，低應(yīng)變反射波法，在基樁檢測(cè)中的應(yīng)用效率較高，且成本低廉，因此被廣泛應(yīng)用到基樁檢測(cè)中。

（一）比較檢測(cè)范圍

低應(yīng)變反射波法檢測(cè)時(shí)，會(huì)受到樁基周邊土質(zhì)、傳感器、截面阻抗變化等因素影響，應(yīng)力波從樁頂傳遞到樁底，之后再反射到樁頂，屬于能量衰減過(guò)程。當(dāng)樁身截面大、樁身長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)力波還未返回至樁頂，就會(huì)出現(xiàn)能量耗散情況。

分析可知，低應(yīng)變法主要是檢測(cè)樁基長(zhǎng)度。在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，應(yīng)變反射波法檢測(cè)效果佳，且樁底反射信號(hào)明顯。聲波透射法，不會(huì)受到樁長(zhǎng)限制，只要可以設(shè)置聲測(cè)管，就能夠使用超聲波透射法檢測(cè)。聲波透射法的聲波頻率高，波長(zhǎng)短。在混凝土內(nèi)部傳播時(shí)，能量衰減速度非?？?，且傳播距離短。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的換能器，空氣可測(cè)距離超過(guò)2m，在無(wú)缺陷混凝土中，對(duì)測(cè)穿透距離高達(dá)10m。

（二）檢測(cè)盲區(qū)比較

低應(yīng)變反射波法，會(huì)受到激振方式影響，樁頭附近存在檢測(cè)盲區(qū)，盲區(qū)范圍會(huì)受到激振頻率影響。當(dāng)激振頻率越高，則淺部盲區(qū)范圍小。因能量衰減影響，基樁形成深部盲區(qū)。

超聲波透射法，由于檢測(cè)原理問(wèn)題，盲區(qū)為聲測(cè)管以外混凝土區(qū)，無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)擴(kuò)徑、輕微縮徑問(wèn)題。不管是摩擦樁，還是嵌巖樁，擴(kuò)徑操作能夠加強(qiáng)基樁承載力。所以，超聲波透射法盲區(qū)，屬于聲測(cè)管以外縮徑范圍。

四、工程實(shí)例分析

（一）接樁處理

某橋梁工程4-1樁，摩擦樁樁徑1.7m，樁長(zhǎng)17m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25。低應(yīng)變反射波法，檢測(cè)結(jié)果為樁底反射信號(hào)，樁身-5m位置存在縮徑類(lèi)缺陷反射波，混凝土波速比較低。

超聲波透射法，檢測(cè)結(jié)果如下：剖面聲速、波幅曲線，在樁身-4.7~-5.3m存在異常。聲速最低值為每秒3.4km，各剖面缺陷位置聲速，明顯低于臨界值。波幅參數(shù)最低值為85.66dB，低于臨界值。

按照施工現(xiàn)場(chǎng)反饋可知，該段混凝土接樁處理不佳，判定為Ⅲ類(lèi)樁。低應(yīng)變反射波，在-5.0m發(fā)現(xiàn)縮徑信號(hào)，不能明確缺陷類(lèi)型與嚴(yán)重度。低應(yīng)變反射波法，對(duì)橫向裂縫缺陷的反應(yīng)程度，明顯高于超聲波透射法。

（二）樁頭輕微離析

某公路橋梁，樁基為嵌巖樁，樁長(zhǎng)20m，樁徑1.4m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。低應(yīng)變反射波法檢測(cè)，樁身淺部存在縮徑類(lèi)反射波，樁底反射波明顯。超聲波透射法檢測(cè)如下：Ⅱ、Ⅲ剖面聲速，波幅曲線，在樁身-3.1m~-3.5m位置輕微異常。聲速最低值、波幅參數(shù)最低值，明顯低于臨界值。通過(guò)分析，將其判定為Ⅲ類(lèi)基樁。針對(duì)此類(lèi)缺陷問(wèn)題，低應(yīng)變反射波法的反應(yīng)明顯。

（三）樁基質(zhì)量檢測(cè)

某公路橋梁，1號(hào)樁，樁徑2m，樁長(zhǎng)70m，混凝土C30，應(yīng)用低應(yīng)變測(cè)試。信號(hào)分析顯示，樁頂下2m位置缺陷多，樁底反射不明顯。超聲波檢測(cè)，波列曲線顯示，1-2剖面、2-3剖面，在樁頂以下2m位置出現(xiàn)缺陷，樁頂距離7m范圍的混凝土質(zhì)量差；2-3剖面，底部0.5m處的混凝土質(zhì)量差。

1號(hào)樁為淺部缺陷，因此通過(guò)開(kāi)挖方式驗(yàn)證。通過(guò)超聲波、低應(yīng)變測(cè)試可知，針對(duì)淺部缺陷，超聲波法、低應(yīng)變法均可以檢測(cè)；然而針對(duì)深部缺陷，采用低應(yīng)變法的局限性較強(qiáng)，當(dāng)樁長(zhǎng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度后，則無(wú)法應(yīng)用低應(yīng)變法。

2號(hào)樁，樁基長(zhǎng)度為68m，樁徑2m，混凝土C30，應(yīng)用低應(yīng)變測(cè)試。信號(hào)分析顯示，樁頂以下20m位置存在缺陷，樁底反射不明顯。應(yīng)用超聲波檢測(cè)后，波列曲線顯示，1-2剖面、2-3剖面，于樁頂以下20m位的缺陷明顯。2號(hào)樁缺陷深度大，為了驗(yàn)證低應(yīng)變法、超聲波法測(cè)試結(jié)果，通過(guò)取芯方式進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)長(zhǎng)樁測(cè)試，樁身中部缺陷，均可以通過(guò)低應(yīng)變法、超聲波法檢測(cè)。采用取芯檢測(cè)方式進(jìn)行驗(yàn)證，能夠反映出樁基缺陷問(wèn)題。

3號(hào)樁，樁徑為0.8m，樁長(zhǎng)度為20m，混凝土C25，應(yīng)用低應(yīng)變、超聲波測(cè)試，結(jié)果顯示，淺部缺陷檢測(cè)中，低應(yīng)變、超聲波都表現(xiàn)出較大反應(yīng)。因缺陷影響大，應(yīng)用低應(yīng)變方法測(cè)試時(shí)，應(yīng)力波傳播的缺陷多，透射到下方的能量少，所以在低應(yīng)變信號(hào)中，只可以觀察到上方4m內(nèi)傳播，基本無(wú)樁底反射。利用破樁驗(yàn)證可知，在3.5~4.5m范圍內(nèi)，基樁出現(xiàn)泥沙斷層問(wèn)題。

五、橋梁基樁檢測(cè)的注意事項(xiàng)

超聲波檢測(cè)技術(shù)，利用超聲波和試件相互作用，研究反射波、散射波、投射波，同時(shí)檢測(cè)試件宏觀缺陷、幾何特性、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等，評(píng)價(jià)技術(shù)檢測(cè)應(yīng)用效果。

第一，在澆筑灌注樁之前，需要將聲測(cè)管預(yù)埋在兩側(cè)，按照樁直徑埋設(shè)2-3個(gè)聲測(cè)管，管徑大于探頭。

第二，封閉下端，向管內(nèi)灌注清水，水平放置兩探頭。在樁身上下移動(dòng)，讀出測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值，明確缺陷異常點(diǎn)位置與范圍。

應(yīng)用超聲波技術(shù)，能夠檢測(cè)鋼管混凝土注漿密實(shí)度，使施工企業(yè)盡早采取補(bǔ)救措施，降低不良影響。在測(cè)試操作之前，收集基樁施工信息、水文地質(zhì)資料。針對(duì)被測(cè)基樁，應(yīng)當(dāng)鑿除浮漿，確保樁頭平整度，切除樁頭外露鋼筋，保證樁頭干燥度。選擇適宜的傳感器、激振設(shè)備、激振部位，在安裝傳感器時(shí)，確保安裝牢固性。選擇適宜的耦合物，比如石膏、橡皮泥等。在檢測(cè)樁基之前，選擇不同激振部位，確保采集曲線可靠性。

六、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在橋梁基樁檢測(cè)中，不管是超聲波透射法，還是低應(yīng)變反射波法，都具備應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與不足。對(duì)于工程施工人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)全面掌握超聲波透射法、低應(yīng)變反射波法的測(cè)試原理與應(yīng)用特點(diǎn)，確保樁基質(zhì)量與安全測(cè)試效果，既可以促進(jìn)測(cè)樁技術(shù)方法發(fā)展，又可以?xún)?yōu)化樁基施工技術(shù)。