橋梁樁基檢測中超聲波技術(shù)應(yīng)用

黃凱、劉明

（貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測咨詢有限公司，貴州貴陽 550014）

0 引言

在橋梁樁基檢測中，超聲波技術(shù)作為一種無損檢測方法，被廣泛應(yīng)用于樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能評(píng)估。超聲波技術(shù)可以通過探測聲波在材料中的傳播速度和幅度變化，快速獲得樁基礎(chǔ)內(nèi)部信息，從而幫助檢測人員判斷樁基礎(chǔ)是否存在質(zhì)量缺陷，可為工程的后續(xù)施工和養(yǎng)護(hù)提供重要參考。

1 超聲波技術(shù)分析

超聲波技術(shù)是一種無損檢測技術(shù)，通過發(fā)射和接收超聲波信號(hào)來檢測材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷、損傷或異物等情況，對(duì)材料或結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行評(píng)估。目前，超聲波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于橋梁樁基檢測，為檢測人員提供了一種快速、準(zhǔn)確、非破壞性的檢測手段。在超聲波檢測中，通常使用壓電式傳感器作為發(fā)射和接收超聲波的裝置。壓電傳感器通過施加電場產(chǎn)生超聲波，然后將接收到的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，供檢測人員分析和處理。超聲波在材料中傳播時(shí)會(huì)遇到不同類型的界面，從而發(fā)生不同的反射、折射、散射等現(xiàn)象。根據(jù)接收到的超聲波信號(hào)，檢測人員可以獲得材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，如缺陷位置、形狀、大小及材料的密度等[1]。

2 工程概況

某高速公路項(xiàng)目樁基礎(chǔ)采用人工挖孔灌注樁，樁孔直徑在1.2～2.5m 之間。根據(jù)項(xiàng)目所在區(qū)域的氣象資料，該區(qū)域降雨量較大，導(dǎo)致人工挖孔灌注樁施工中出現(xiàn)以下質(zhì)量問題：

第一，地下水滲流嚴(yán)重，使結(jié)構(gòu)土層強(qiáng)度下降，容易發(fā)生崩塌現(xiàn)象。

第二，土層內(nèi)部出現(xiàn)流砂或動(dòng)水壓力時(shí)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)底部強(qiáng)度突然下降，導(dǎo)致泥砂隨水流涌出，引發(fā)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)脫空問題。

第三，挖孔過程中同時(shí)進(jìn)行抽水，地下水位快速下降，導(dǎo)致護(hù)壁土體下沉速度加快，產(chǎn)生環(huán)向裂縫，周圍土壓力不均勻變化，引發(fā)垂直裂縫問題。如果在樁基礎(chǔ)施工完成后出現(xiàn)裂縫等問題，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力不足，影響施工效果。

考慮到樁基工程屬于隱蔽工程，具有技術(shù)要求高、施工難度大等特點(diǎn)，需要對(duì)樁基進(jìn)行完整性檢測，該工程主要采用超聲波技術(shù)進(jìn)行樁基檢測。

3 超聲波技術(shù)在橋梁樁基檢測中的具體應(yīng)用

3.1 檢測處理

橋梁樁基礎(chǔ)施工的穩(wěn)定性關(guān)系到整個(gè)橋梁工程質(zhì)量，所以施工單位需要加強(qiáng)樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測，保證其各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到工程要求。在現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)，隨時(shí)對(duì)樁基礎(chǔ)質(zhì)量進(jìn)行檢測，全面測試各個(gè)部位是否達(dá)到要求。在檢測操作中，檢測人員需要在樁基礎(chǔ)內(nèi)部埋設(shè)聲測管，并對(duì)樁體截面展開分析，提高檢測精度。

埋設(shè)較多的聲測管，能夠大范圍檢測橋梁樁基礎(chǔ)，收集多項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，通過對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的深入研究，能夠快速確定缺陷位置及數(shù)量，但需要投入更多的人力、物力，施工成本、現(xiàn)場管理難度也會(huì)隨之提高。如果聲測管數(shù)量埋設(shè)較少，雖然能夠降低成本，但會(huì)縮小檢測范圍，也難以快速發(fā)現(xiàn)樁基礎(chǔ)存在的質(zhì)量問題，容易造成檢測精確性不足，不利于樁基礎(chǔ)的施工的高效開展。

因此，技術(shù)人員要考慮實(shí)際情況，合理設(shè)置聲測管埋設(shè)數(shù)量，在確保檢測精度的同時(shí)控制施工成本。一般樁基礎(chǔ)直徑不超過800mm 時(shí)，可以埋設(shè)2 根以上的聲測管；樁體直徑處于800～1600mm 時(shí)，一般埋設(shè)3 根以上聲測管；如果樁體直超過1600mm，則至少應(yīng)該埋設(shè)4 根聲測管[2]。

3.2 現(xiàn)場檢測

在具體的橋梁樁基礎(chǔ)檢測操作過程中，檢測人員應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場調(diào)查和分析，了解樁基礎(chǔ)的現(xiàn)場施工情況，掌握各項(xiàng)基本信息。

首先，在檢測環(huán)節(jié)，檢測人員應(yīng)選擇合適的檢測儀器設(shè)備，加強(qiáng)設(shè)備安裝和調(diào)試工作，確保各項(xiàng)功能達(dá)到要求，并合理設(shè)置技術(shù)參數(shù)，提高檢測的準(zhǔn)確性。通常情況下，超聲波的頻率應(yīng)在30～50kHz 之間，電壓范圍為200～1000V。

其次，在超聲波檢測環(huán)節(jié)，檢測人員應(yīng)將發(fā)射儀器和接收儀器分別安裝在聲測管的頂部和底部，以實(shí)現(xiàn)對(duì)樁基礎(chǔ)深度的準(zhǔn)確測量，快速分析樁基礎(chǔ)是否存在質(zhì)量缺陷。在儀器升降過程中要保持高度和間隔距離相同，并合理設(shè)定檢測點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)參數(shù)。同時(shí)，檢測人員應(yīng)做好各項(xiàng)施工記錄，以保證設(shè)備安裝質(zhì)量。

再次，在檢測階段，檢測人員需要對(duì)儀器的高度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，將高差設(shè)定在20mm 以內(nèi)，以提高檢測的精確性，保證檢測結(jié)果的可靠性。通過對(duì)檢測結(jié)果的全面分析，檢測人員可以了解樁基礎(chǔ)是否存在質(zhì)量缺陷，進(jìn)而采取相應(yīng)的解決措施，提升橋梁樁基礎(chǔ)的綜合性能，以滿足橋梁運(yùn)行穩(wěn)定性要求。

最后，應(yīng)用超聲波檢測方法時(shí)，檢測人員應(yīng)使用自動(dòng)化技術(shù)，提高儀器的運(yùn)行速度，一般控制在3m/min左右，以快速、準(zhǔn)確地收集超聲波信號(hào)信息。結(jié)合信號(hào)產(chǎn)生的圖形變化，展開有效分析，以準(zhǔn)確掌握樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的缺陷問題，對(duì)樁基礎(chǔ)的質(zhì)量作出精準(zhǔn)判斷，進(jìn)而采取科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)措施，有效消除樁基礎(chǔ)質(zhì)量缺陷，提高橋梁運(yùn)行的安全性，確保各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到工程要求[3]。超聲波檢測現(xiàn)場如圖1 所示。

圖1 超聲波檢測現(xiàn)場

3.3 數(shù)據(jù)分析

在超聲波檢測過程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息，檢測人員需要對(duì)這些檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的整理和分析。例如，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件，繪制超聲波檢測曲線圖，快速、直觀地反映各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，并設(shè)置臨界線，繪制出變化曲線，明確樁基礎(chǔ)檢測環(huán)節(jié)出現(xiàn)的異常情況。數(shù)據(jù)分析是檢測工作中的重要環(huán)節(jié)，檢測人員應(yīng)了解當(dāng)前的相關(guān)規(guī)定，科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。通常橋梁樁基礎(chǔ)異常部位的檢測點(diǎn)位曲線數(shù)值會(huì)超出臨界值，這時(shí)檢測人員需要判定缺陷問題的嚴(yán)重程度，并對(duì)相關(guān)問題展開深入分析。及時(shí)了解異常情況的出現(xiàn)原因，便于及時(shí)組織人員進(jìn)行改進(jìn)，確保橋梁樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和性能達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)。

在超聲波波幅相關(guān)數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，檢測人員可以通過計(jì)算機(jī)軟件繪制相應(yīng)變化圖形。由于超聲波波幅的靈敏度相對(duì)較高，且其臨界值和波幅信號(hào)存在直接關(guān)系，利用此原理分析和判定相關(guān)信號(hào)，能夠確定具體的臨界參數(shù)值。如果波幅在臨界值以內(nèi)，則說明橋梁樁基礎(chǔ)質(zhì)量達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)，安全性比較高；如果波幅超出臨界值，說明檢測部位的樁基礎(chǔ)存在一定的問題，檢測人員要進(jìn)行深度檢測。對(duì)于存在的各項(xiàng)問題，檢測人員應(yīng)進(jìn)行全面記錄分析，特別是缺陷部位、尺寸等，掌握相關(guān)信息，便于及時(shí)組織人員進(jìn)行返修處理，防止因樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷影響橋梁的安全運(yùn)行[4]。

3.4 樁身判定

在橋梁樁基礎(chǔ)檢測中應(yīng)用超聲波檢測方法，能夠全面了解樁體的基本信息，為后續(xù)的質(zhì)量判定奠定基礎(chǔ)。橋梁樁身的缺陷與超聲波參數(shù)之間存在一定的關(guān)系。例如，在樁基礎(chǔ)發(fā)生沉渣問題時(shí)，超聲波波速相對(duì)較低。這是因?yàn)槌猎运缮⒌臓顟B(tài)存在，會(huì)導(dǎo)致超聲波受到劇烈衰減，進(jìn)而導(dǎo)致聲速不斷下降。在樁基礎(chǔ)檢測環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)混凝土與松散物質(zhì)的混合，聲速將表現(xiàn)出明顯的下降趨勢。這種異常情況主要是由于澆筑和導(dǎo)管安裝未能滿足實(shí)際要求，導(dǎo)致出現(xiàn)斷樁或標(biāo)高較低的情況。可見，在橋梁樁基礎(chǔ)檢測中，超聲波技術(shù)的應(yīng)用有重要意義。

通過全面準(zhǔn)確地測定超聲波的聲速和波幅變化，能夠快速發(fā)現(xiàn)樁身的異常情況，特別是與沉渣或松散物質(zhì)相關(guān)的問題。及早發(fā)現(xiàn)并解決這些質(zhì)量問題，有助于保證橋梁樁身的穩(wěn)定性和可靠性，從而確保整個(gè)橋梁工程的安全運(yùn)行。

此外，在超聲波檢測中聲速變化往往較為明顯[5]。在混凝土澆筑施工環(huán)節(jié)，如果澆筑施工速度較快，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)較多空洞，從而導(dǎo)致承載力性能無法達(dá)到要求。因此，在超聲波檢測的過程中，如果內(nèi)部存在大量氣泡，超聲波聲速會(huì)出現(xiàn)明顯的下降趨勢，能量快速衰減，因此通過該參數(shù)的變化能夠判定內(nèi)部是否存在氣泡等缺陷問題。

4 超聲波檢測質(zhì)量控制

超聲波技術(shù)作為一種無損檢測方法，能夠快速準(zhǔn)確地評(píng)估樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量狀況，幫助檢測人員及早發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，為提高超聲波檢測質(zhì)量，在橋梁樁基礎(chǔ)檢測中需注意以下要點(diǎn)：

第一，采用多點(diǎn)布置聲測管可有效提高檢測精度，確保對(duì)整個(gè)樁體內(nèi)部進(jìn)行全面評(píng)估。聲測管布置在不同位置可以獲得多個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，從而更準(zhǔn)確地評(píng)估樁基礎(chǔ)的狀況。為獲取準(zhǔn)確的聲波信息，設(shè)置聲測管時(shí)需要考慮樁基礎(chǔ)的尺寸、形狀和深度等因素。樁基礎(chǔ)的尺寸和形狀決定聲測管的數(shù)量和布置方式，深度則決定聲測管的埋設(shè)深度。此外，設(shè)置聲測管時(shí)還應(yīng)考慮可能出現(xiàn)缺陷的位置和范圍，通過在可能發(fā)生缺陷的位置周圍布置聲測管，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在問題，并采取必要措施進(jìn)行修復(fù)或加固。

第二，為確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)行超聲波檢測前，檢測人員需要對(duì)檢測儀器進(jìn)行合理的技術(shù)參數(shù)設(shè)置和校準(zhǔn)，確保儀器處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，能夠準(zhǔn)確捕獲聲波信號(hào)。在設(shè)置過程中，要注意對(duì)儀器的工作頻率、傳感器的位置和方向等參數(shù)的合理調(diào)整，以適應(yīng)不同樁基礎(chǔ)的檢測需求。

第三，在檢測過程中，檢測人員需要使用超聲波檢測儀器采集大量的聲波數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是評(píng)估橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量狀況的重要依據(jù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析和處理，檢測人員可以判定樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解是否存在缺陷或質(zhì)量問題，及早發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)隱患。在數(shù)據(jù)分析過程中，可以使用圖表和曲線展示聲波數(shù)據(jù)的變化趨勢，從而更直觀地了解樁基礎(chǔ)的質(zhì)量情況，為后續(xù)的質(zhì)量改進(jìn)和控制提供科學(xué)依據(jù)。

第四，在進(jìn)行波速測量時(shí)，檢測人員需要將超聲波傳感器安置在樁體表面，并準(zhǔn)確測量聲波從發(fā)射器到接收器之間的時(shí)間間隔和傳播路徑長度，以計(jì)算出聲波在樁體內(nèi)的傳播速度。進(jìn)而更準(zhǔn)確地評(píng)估樁體材料質(zhì)量、樁體的缺陷和損傷情況，為樁基礎(chǔ)的質(zhì)量控制提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

5 結(jié)語

在橋梁樁基檢測中，超聲波技術(shù)作為一種先進(jìn)的無損檢測方法，發(fā)揮著不可替代的重要作用。通過對(duì)聲波傳播速度和幅度變化的分析，可以全面了解樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量情況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的質(zhì)量缺陷問題。為提高檢測效果，在檢測項(xiàng)目開展中，檢測人員需要合理選擇儀器設(shè)備，準(zhǔn)確設(shè)置技術(shù)參數(shù)，合理安排檢測點(diǎn)位，加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，以確保檢測結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。