無損檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用研究

王一飛

(山西路橋集團(tuán)試驗檢測中心有限公司，山西 太原 030000)

1 無損檢測技術(shù)概述

無損檢測(NDT)主要是指在對被檢測物體不造成損傷的條件下使用諸多物理手段，針對構(gòu)件或材料的微觀、宏觀缺陷進(jìn)行規(guī)范化、系統(tǒng)性、科學(xué)化的測量與檢測，評定檢測物體化學(xué)成分、力學(xué)性能及組織結(jié)構(gòu)，對構(gòu)件、材料的適應(yīng)性得出綜合性的評價。在無損檢測中材料性能(應(yīng)力、力學(xué)性能等)及缺陷檢測屬于重點。在工程建設(shè)中無損檢測技術(shù)應(yīng)用范圍逐漸拓展，在不破壞檢測物體的前提下實現(xiàn)全方位檢測目標(biāo)，對被測物體的質(zhì)量做出評定，可判斷缺陷發(fā)展規(guī)律及成因，為施工單位調(diào)整施工作業(yè)方案提供依據(jù)，還可降低施工安全事故發(fā)生的幾率。無損檢測技術(shù)應(yīng)用價值可從以下方面加以分析：①對構(gòu)件表面缺陷做出判斷，指明其所在位置、狀態(tài)及種類；②對材料組織結(jié)構(gòu)、物理及化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行檢測，為施工單位分選材料提供依據(jù)；③通過無損檢測對構(gòu)件、材料涂層、幾何尺寸、是否有腐蝕、深層硬度、應(yīng)力狀態(tài)等方面進(jìn)行技術(shù)測定；④利用無損檢測技術(shù)可進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，關(guān)注施工設(shè)備運行情況，將施工建設(shè)中構(gòu)件的缺陷信息及變化形勢以報表的方式傳輸至管理端，便于質(zhì)量管理部門對施工情況實時監(jiān)控[1]。

2 無損檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用要點

2.1 明確應(yīng)用目的

為使橋梁樁基檢測中無損檢測技術(shù)應(yīng)用有的放矢，需明確相關(guān)技術(shù)應(yīng)用目的，以免技術(shù)使用盲目而不能起到過程性質(zhì)控、缺陷分析等積極作用。首先，應(yīng)用無損檢測技術(shù)的目的是控制施工成本，降低返工幾率，以免橋梁樁基施工因材料、構(gòu)件質(zhì)量缺陷而埋下安全隱患并在后期采取補救措施，保障在指定工期內(nèi)完工，根據(jù)檢測結(jié)果為材料采購、構(gòu)件生產(chǎn)、工藝流程優(yōu)化等施工管理工作有效展開提供依據(jù)，化解管理矛盾，提高管理效率，達(dá)到控制橋梁樁基施工成本的目的；其次，應(yīng)用無損檢測技術(shù)的目的是按照規(guī)定達(dá)成建設(shè)目標(biāo)，通過精度高、專業(yè)強、科學(xué)規(guī)范的檢測技術(shù)對施工行為加以約束，敦促施工單位按照標(biāo)準(zhǔn)行事，以免施工作業(yè)與規(guī)定不符，使橋梁樁基更為安全可靠，為后續(xù)施工活動有效展開奠定基礎(chǔ)；最后，應(yīng)用無損檢測技術(shù)的目的是改進(jìn)橋梁樁基施工制造工藝，例如有些橋梁樁基通過檢測發(fā)現(xiàn)存在孔底截面沉渣厚度超過標(biāo)準(zhǔn)的問題，這與橋梁樁基施工流程不嚴(yán)謹(jǐn)有關(guān)，依據(jù)檢測結(jié)果施工單位會在安裝鋼筋籠、安裝混凝土填充導(dǎo)管及輸料斗、灌注支架等用具的基礎(chǔ)上增設(shè)沉渣厚度檢查一環(huán)，必要時使用氣舉法清孔，保障沉渣厚度合規(guī)，繼而達(dá)到優(yōu)化橋梁樁基施工制造工藝的目的。

2.2 基本要素齊全

無損檢測技術(shù)有效應(yīng)用需在橋梁樁基檢測中保障基本要素齊全，具體可從以下方面予以分析。

1)裝置。無損檢測裝置是針對橋梁樁基質(zhì)量問題進(jìn)行檢測提供動能的“源頭”，如X射線發(fā)射裝置等，這是檢測對橋梁樁基結(jié)構(gòu)不造成損傷的關(guān)鍵。

2)標(biāo)準(zhǔn)。將橋梁樁基檢測物體與施工標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)檢要求聯(lián)系起來，對結(jié)構(gòu)、介質(zhì)異常變化進(jìn)行客觀且實時的分析，通過檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)比較得出檢測結(jié)論，為施工方判斷橋梁樁基施工建設(shè)方案是否可行提供依據(jù)。

3)記錄。將檢測過程與結(jié)果記錄下來，當(dāng)前常用記錄方法有兩種，一種是由檢測技術(shù)人員全程跟蹤記錄，另一種是使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將探測器獲取的信息直接傳輸至檢測檔案管理系統(tǒng)，便于施工方、業(yè)主、監(jiān)理方實時共享檢測結(jié)果，基于BIM對橋梁樁基施工方案加以優(yōu)化，繼而充分利用檢測結(jié)論。

4)解釋。通常情況下非專業(yè)人員無法讀懂專業(yè)設(shè)備得出的檢測結(jié)果，有些僅為一些波浪線，很難直接用于樁基施工質(zhì)量管理工作，基于此，需對這些信號進(jìn)行解釋，在此基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化為施工管理可用信息，使橋梁樁基檢測中的無損檢測技術(shù)得以發(fā)揮積極作用。

2.3 加強技術(shù)培訓(xùn)

無損檢測技術(shù)較多，如磁粉檢測、渦流檢測、泄漏檢測等，有些檢測技術(shù)適用于產(chǎn)品，還有些檢測適用于構(gòu)件缺陷的深入檢測，只有根據(jù)橋梁樁基檢測需要選定合適的技術(shù)，才能保障檢測結(jié)論在橋梁樁基施工中起效。因為超聲回彈綜合檢測技術(shù)、紅外成像等檢測技術(shù)使用設(shè)備及檢測成果存在區(qū)別，所以需在技術(shù)應(yīng)用前進(jìn)行專項培訓(xùn)，便于橋梁樁基檢測方案貫徹落實，保障檢測標(biāo)準(zhǔn)明確、流程規(guī)范、安全可靠，檢測結(jié)果能用于橋梁樁基質(zhì)量管理[2]。

3 橋梁樁基檢測中常用的無損檢測技術(shù)

3.1 紅外成像法

紅外成像法起效的基本原理是溫度高于-273℃的物體均屬于輻射源，能向外界發(fā)出紅外線，此紅外線介于微波與可見光之間，屬于電磁波的一種，波長為0.76～1 000 μm。橋梁樁基主要材料為混凝土，該物質(zhì)亦可向外界輸出紅外線，使用專業(yè)儀器對橋梁樁基混凝土熱量進(jìn)行測量并判斷熱流發(fā)展趨勢可實現(xiàn)無損檢測目標(biāo)。當(dāng)橋梁樁基結(jié)構(gòu)內(nèi)部有缺陷時，混凝土熱傳導(dǎo)將發(fā)生改變，混凝土溫度表面分布異常，利用成像儀可得到直觀的熱像圖，技術(shù)人員分析熱像圖能從中發(fā)現(xiàn)混凝土缺陷位置及類型。紅外成像法為非接觸無損專業(yè)檢測技術(shù)的一種，可對橋梁樁基左右、上下連續(xù)進(jìn)行掃描，不受時間限制，測溫范圍為-50℃～2 000℃，對溫度較為敏感且分辨率較高，具有檢測結(jié)果直觀、快速、精準(zhǔn)等特點，適用于大面積掃測，可有效發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)滲漏、剝離等質(zhì)量問題。

3.2 超聲法

橋梁樁基質(zhì)量受成樁工藝、地質(zhì)條件、管理水平、機(jī)械設(shè)備等因素影響，可能存在混凝土離析、縮頸、斷裂、夾泥、樁底沉渣較多等質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重時會危及橋梁樁基的安全與穩(wěn)定，埋下工程質(zhì)量事故隱患。基于此，需充分利用超聲法檢測橋梁樁基，對檢測物體質(zhì)量做出客觀評價。使用超聲法在混凝土內(nèi)會產(chǎn)生高頻彈性脈沖波，在超聲脈沖發(fā)射源的作用下對檢測物體質(zhì)量做出判斷，高精密檢測接收系統(tǒng)會記錄混凝土內(nèi)脈沖波傳播過程及結(jié)構(gòu)波動特征。若混凝土內(nèi)有破損界面則在系統(tǒng)內(nèi)顯示波阻抗界面，超聲脈沖觸及界面后波會反射、透射，透射能量隨之減少。若混凝土內(nèi)有蜂窩、松散、孔洞等質(zhì)量缺陷，波觸及界面會繞射、散射。專業(yè)技術(shù)人員依據(jù)波觸及界面的時間及能量衰減頻率、特征、畸變程度可得到檢測區(qū)域混凝土密度參數(shù)。通過檢測記錄橋梁樁基不同高度、側(cè)面超聲波動特征，加之系統(tǒng)性處理，能對混凝土內(nèi)部缺陷大小、性質(zhì)、空間位置等方面進(jìn)行判斷，繼而對橋梁樁基混凝土完整性及均質(zhì)性做出評價。

3.3 超聲回彈綜合法

在橋梁樁基施工建設(shè)中，為保障技術(shù)方案科學(xué)可行會先進(jìn)行試驗，待試驗達(dá)標(biāo)后方可大范圍使用相關(guān)技術(shù)，目的是確保樁基質(zhì)量符合要求，同時控制施工成本，保障施工全程更為安全。基于此，可使用超聲回彈綜合法在試驗施工環(huán)節(jié)加強質(zhì)控。超聲回彈、回彈法屬于常用無損檢測技術(shù)手段，二者一起應(yīng)用能彌補單一質(zhì)檢缺陷，橋梁樁基質(zhì)量檢測結(jié)果誤差更小，相較于貫入阻力法、后裝拔出等方法，超聲回彈綜合法無需破壞樁基結(jié)構(gòu)，還兼具工作量小、操作簡單等優(yōu)勢。在使用超聲回彈綜合法過程中專業(yè)技術(shù)人員可根據(jù)表面塑性性能、彈性性能、孔隙、密實度等狀況對構(gòu)件進(jìn)行綜合性分析，物理量無損檢測精度隨之提高。在試驗施工環(huán)節(jié)要準(zhǔn)備試塊，按照不同橋梁樁基施工方案制作并分設(shè)試驗小組，為使分析對比僅圍繞材料配比展開，試件養(yǎng)護(hù)、施工流程等方面需保持一致，繼而通過分析檢測結(jié)果得出水、粗骨料、添加劑等材料最佳配比方案。值得一提的是，為保障超聲回彈綜合法檢測結(jié)果精度更高需多選擇幾處測點，利用公式對相應(yīng)的超聲聲速進(jìn)行計算，加之綜合測強曲線、《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02:2005)的有效應(yīng)用，對試件質(zhì)量做出科學(xué)判斷，為橋梁樁基施工作業(yè)提供依據(jù)[3]。

3.4 電磁感應(yīng)法

電磁感應(yīng)法在橋梁樁基檢測中的有效應(yīng)用基礎(chǔ)為電磁自感式傳感器原理，該儀器由鐵芯、線圈、銜鐵等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，銜鐵、鐵芯為導(dǎo)磁材料，銜鐵移動氣隙厚度改變，磁路中的磁阻同時發(fā)生變化，感應(yīng)線圈電感值波動，根據(jù)測點電感值變化情況可得出檢測結(jié)論。實踐表明，應(yīng)用電磁感應(yīng)法針對橋梁樁基進(jìn)行檢測，鋼筋排列方式、焊網(wǎng)形式等方面會影響檢測結(jié)論，鋼筋雜質(zhì)含量及銹蝕程度亦會改變檢測結(jié)果，這是電磁感應(yīng)法質(zhì)檢存在誤差的主要原因?；炷敛牧霞颁摻畋Ｗo(hù)層會對橋梁樁基混凝土電磁感應(yīng)檢測精度產(chǎn)生影響，若鋼筋保護(hù)層較厚、氣隙較大將直接造成磁損現(xiàn)象，混凝土存在電磁特性不穩(wěn)的問題，電磁波在傳播時會有不同程度的衰減，使檢測精度受到影響。為使電磁感應(yīng)法得以有效應(yīng)用，需從理論上控制誤差，根據(jù)鋼筋、混凝土結(jié)構(gòu)特性有效確定電磁強度，還需提升儀器分析計算能力，考慮混凝土鋼筋直徑、混凝土磁損等可能影響儀器精度的因素，關(guān)注效果系數(shù)，在檢測時需遠(yuǎn)離磁場，可與其他檢測方法一起使用，起到互相驗證檢測結(jié)果的作用[4]。

3.5 沖擊回波法

橋梁樁基主要成分為混凝土，混凝土受外界環(huán)境影響及載荷作用會出現(xiàn)損傷，內(nèi)部因此出現(xiàn)裂紋，裂紋擴(kuò)展會破壞樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)前檢測橋梁樁基的方法有雷達(dá)法、超聲波法等，每種技術(shù)適應(yīng)范圍存在區(qū)別。在橋梁樁基施工中對結(jié)構(gòu)混凝土厚度有較高要求，主要與厚度、整體強度、工程耐久性等方面息息相關(guān)。沖擊回波法使用應(yīng)力波對橋梁樁基結(jié)構(gòu)厚度及缺陷進(jìn)行無損檢測，檢測系統(tǒng)包括超薄沖擊回波檢測、帶表面波沖擊回波、IES掃描式?jīng)_擊回波等系統(tǒng)，可根據(jù)橋梁樁基施工實況靈活做出選擇。其中，IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)基于IE技術(shù)發(fā)展而來，既可連續(xù)快速檢測，又可及時了解預(yù)應(yīng)力管灌漿等施工情況，還能依托系統(tǒng)得到與結(jié)構(gòu)缺陷、厚度等方面有關(guān)的三維成像圖。表面波型在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用無需取芯標(biāo)定，依托沖擊回波系統(tǒng)能精準(zhǔn)獲悉混凝土厚度。超薄型沖擊回波利于檢測厚度小于5 cm的板狀結(jié)構(gòu)，有效拓寬沖擊回波法檢測范圍，技術(shù)人員可根據(jù)橋梁樁基檢測需要予以選用。

3.6 回彈法

針對橋梁樁基某個面進(jìn)行檢測時可使用回彈法并了解混凝土強度。不宜使用回彈法的情況如下：①混凝土遭受化學(xué)腐蝕、凍害、高溫?fù)p傷；②構(gòu)件厚度不足10 cm；③結(jié)構(gòu)表面溫度高于60℃或小于-4℃；④內(nèi)部質(zhì)量與表面差異明顯或結(jié)構(gòu)存在明顯缺陷不宜使用本法檢測。在檢測中技術(shù)人員需對回彈儀進(jìn)行檢定，累積彈擊頻次超6 000、鋼鉆率定值不達(dá)標(biāo)、受到撞擊及新回彈儀均需進(jìn)行檢定，目的是保障儀器精度較高，滿足檢測需求，根據(jù)規(guī)范要求使用相關(guān)設(shè)備。在檢測時需掌握水泥品種、砂石品種、模板類型、結(jié)構(gòu)外形尺寸、施工設(shè)計等信息，結(jié)合實際情況采用部位檢測、構(gòu)件檢測等方法，要求構(gòu)件或結(jié)構(gòu)測區(qū)超10個，相鄰測區(qū)間距約為2 cm，測區(qū)距離施工縫邊緣或構(gòu)件端部小于0.5 m，測區(qū)面積小于0.04 m2，在測量得到讀數(shù)后進(jìn)行計算，計算需取平均值，精準(zhǔn)到小數(shù)點的后一位，不同的檢測面所使用的計算公式存在區(qū)別，目的是針對非水平狀態(tài)混凝土側(cè)面、水平方向混凝土結(jié)構(gòu)底面或頂面檢測所得回彈值加以修正，先修正角度，再修正澆筑面，加之測強曲線有效應(yīng)用得出橋梁樁基檢測結(jié)論[5]。

4 結(jié)束語

無損檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中的有效應(yīng)用有利于提高相關(guān)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量，使橋梁整體更為安全穩(wěn)固，基于此，技術(shù)人員要結(jié)合工程實況合理使用無損檢測技術(shù)，明晰有關(guān)技術(shù)適用范圍，還需根據(jù)技術(shù)規(guī)定合理使用檢測方法，做好檢測設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作，充分利用檢測結(jié)論，使橋梁樁基施工效果更優(yōu)，繼而保障橋梁樁基質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

[ID:013509]