橋梁樁基檢測(cè)中聲波透射法的運(yùn)用探究

摘要 作為橋梁工程中的重要一環(huán)，樁基檢測(cè)對(duì)提高工程質(zhì)量、保證橋梁安全有著積極意義。為推動(dòng)橋梁樁基檢測(cè)技術(shù)發(fā)展，文章對(duì)聲波透射法在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探究，并以某工程為例，對(duì)其檢測(cè)效果進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，在15#缺陷樁基長5～6 m區(qū)間內(nèi)，聲輻、聲速和PSD曲線均出現(xiàn)顯著變化，其最大振幅相較于最小振幅提高了約102 dB，樁基缺陷檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況一致。這表明，聲波透射法減小了樁基缺陷檢測(cè)的誤差，提高了樁基檢測(cè)水平，有利于降低橋梁工程坍塌等風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)橋梁的安全性和穩(wěn)固性，為促進(jìn)橋梁建設(shè)提供動(dòng)力。

關(guān)鍵詞 聲波透射法；樁基檢測(cè)；橋梁

中圖分類號(hào) U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）17-0000-03

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步，橋梁建設(shè)也實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，截至2022年年底，我國擁有公路橋梁103.3萬座，其中特大橋8 816座，橋梁建設(shè)的數(shù)量和質(zhì)量都取得了質(zhì)的飛躍[1]。樁基建設(shè)是橋梁工程中不可或缺的組成部分，對(duì)控制地基變形、增強(qiáng)橋梁抗震性能和保障橋梁安全等方面有著重要意義，因此樁基缺陷檢測(cè)也成為橋梁建設(shè)中的關(guān)鍵一環(huán)[2-3]。樁基檢測(cè)方法包括高應(yīng)變法、低應(yīng)變法、鉆芯法和聲波透射法等，其中聲波透射法根據(jù)聲波在樁身中傳播的特點(diǎn)，對(duì)樁身完整性進(jìn)行判斷，具有效率高、成本低和操作簡單等特點(diǎn)[4]。為促進(jìn)聲波透射法技術(shù)的發(fā)展，該文對(duì)聲波透射法的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行了分析，以解決橋梁樁基檢測(cè)不足的問題，適應(yīng)橋梁強(qiáng)國建設(shè)的需要。

1 聲波透射法在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

1.1 工程概況

該高速公路工程位于湖南省境內(nèi)，全長1 508 m，總體呈東西走向，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，橋面寬度為35 m，橋面橫坡和最大縱波分別為雙向1.5%和1.5%，地震烈度不超過6度，橋梁安全等級(jí)為一級(jí)。橋型為25×18 m空心板+6×42 m T梁+4×120 m斜拉橋+12×42 m T梁，塔高100 m，主橋?yàn)楠?dú)塔雙索面斜拉橋。樁基為機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁，共有56根灌注樁，設(shè)計(jì)樁徑為900 mm，樁長保持在15～22 m范圍內(nèi)，東部和西部的灌注樁樁型分別以摩擦樁和端承樁為主，單樁豎向抗壓承載力容許值的最大值和最小值分別為0DOf4NJ9Dey5QdVeKHcd6Yg8cZ8EukWjLwQVWkiUQC0=3 890 kN和2 780 kN。

該線路途經(jīng)地區(qū)多為山谷，橋隧比約為35.6%，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，根據(jù)土層成分等因素，將區(qū)域地質(zhì)自上而下分為雜填土層、黏土層、砂土層、碎石土層、強(qiáng)風(fēng)化紅砂巖層和弱風(fēng)化紅砂巖層，其中雜填土層呈黃褐色、灰黃色，層厚2.3～3.5 m，主要由黏土和碎石組成，多建筑垃圾等雜物，較松散，均勻性較差，稍濕。黏土層呈灰黃色、灰褐色，層厚3.6～6.7 m，切面較光滑，透水性和透氣性差，含少量鐵質(zhì)結(jié)核，韌性和干強(qiáng)度高，稍濕，無搖振反應(yīng)。砂土層呈灰黃色，層厚8.8～10.3 m，主要由云母和石英等組成，飽和，切面稍光滑，干強(qiáng)度、韌性和搖振反應(yīng)均為中等。碎石土層呈灰黃色、淺黃色，層厚8.4～11.5 m，主要成分由灰?guī)r組成，直徑保持在25～45 mm范圍內(nèi)，形狀為次棱角形，隨機(jī)排列。碎石含量55%～73%，顆粒間全填充少量灰褐色黏土，中密—密實(shí)，透氣性強(qiáng)，稍濕。強(qiáng)風(fēng)化紅砂巖層呈深紅色、紅褐色，層厚13～18 m，結(jié)構(gòu)構(gòu)造大部分破壞，呈細(xì)粒結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，層狀構(gòu)造，巖芯呈短柱狀，其直徑為4～9 cm，巖石強(qiáng)度低，手可捏碎，遇水變成砂。弱風(fēng)化紅砂巖層呈紫紅色、紅褐色，層厚14.3～19.2 m，巖間裂隙發(fā)育，鐵質(zhì)膠結(jié)，有少量風(fēng)化裂隙，強(qiáng)度較好，用手錘不易擊碎，邊坡崩解性強(qiáng)，其風(fēng)化深度較強(qiáng)，最大風(fēng)化深度可達(dá)8.5 m。

1.2 基于聲波透射法的橋梁樁基檢測(cè)

作為一種常用的樁基檢測(cè)方法，聲波透射法是指通過在預(yù)埋聲測(cè)管之間發(fā)射并接收信號(hào)獲得波形，對(duì)聲波頻率、波幅和波時(shí)等特征變化規(guī)律進(jìn)行分析，確定樁基缺陷的位置、大小和缺陷程度等，從而判斷樁基的完整性等級(jí)[5-6]。相較于其他樁基檢測(cè)方法，聲波透射法能夠在樁基不被破壞的前提下進(jìn)行檢測(cè)，保證了樁基的完整性。同時(shí)不受樁長和長徑比等條件的限制，適用性較強(qiáng)，另外現(xiàn)場(chǎng)操作簡單，在提高檢測(cè)效率的同時(shí)，也降低了檢測(cè)成本[7]。在制定檢測(cè)方案前，應(yīng)收集編號(hào)、樁長和承載力等樁基資料，并根據(jù)樁基檢測(cè)目標(biāo)、工程概況和現(xiàn)場(chǎng)狀況等因素確定檢測(cè)方案，為后續(xù)檢測(cè)工作的順利開展奠定良好基礎(chǔ)。在樁基檢測(cè)前，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇合適的檢測(cè)設(shè)備。為提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，聲波檢測(cè)儀的系統(tǒng)最大動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)大于100 dB，聲波幅值測(cè)量的相對(duì)誤差不超過5%，以增強(qiáng)樁基檢測(cè)的可靠性。

在樁基檢測(cè)前，還應(yīng)選擇聲測(cè)管并進(jìn)行埋設(shè)。針對(duì)聲測(cè)管材料的選擇，首先應(yīng)滿足工程需求，其次應(yīng)考慮使用環(huán)境對(duì)材料的影響，選擇不易變形、具有較高強(qiáng)度和耐腐蝕性的聲測(cè)管材料，延長聲測(cè)管壽命，同時(shí)還應(yīng)堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)適用的原則，降低成本開支。聲測(cè)管的埋設(shè)應(yīng)保持垂直安裝，同時(shí)應(yīng)保證聲測(cè)管與樁基之間的緊密結(jié)合，如二者之間出現(xiàn)縫隙，應(yīng)填充砂漿和混凝土等材料，為聲波的傳播提供良好的物質(zhì)環(huán)境，提高聲波傳播效率。根據(jù)樁徑和檢測(cè)要求確定聲測(cè)管之間的距離和聲測(cè)管數(shù)量，避免出現(xiàn)因聲測(cè)管數(shù)量過少而導(dǎo)致的檢測(cè)不準(zhǔn)確，或者因聲測(cè)管數(shù)量過多導(dǎo)致的材料成本和安裝成本過高等問題。利用套筒連接不同的聲測(cè)管，在此過程中應(yīng)保持連接處的通直，同時(shí)套筒長度不能過長，以提高聲波的傳播效率，減少時(shí)間成本。

聲測(cè)管埋設(shè)完成后，應(yīng)在其中加入干凈的清水，將水作為聲波傳播的耦合劑，以擴(kuò)大聲波傳播的范圍，并增強(qiáng)聲波傳遞能量，提高其傳播效率。由于聲測(cè)管管內(nèi)雜質(zhì)會(huì)減緩聲波傳遞速度，產(chǎn)生較強(qiáng)的散射，影響樁基檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度，因此，在聲測(cè)管中加入清水前，應(yīng)對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行清洗，以去除泥漿和砂等懸浮固體顆粒，為橋梁樁基檢測(cè)提供可靠保障。將發(fā)射和接收探頭放入樁基底部，并保持在同一平面上，實(shí)現(xiàn)二者的同步升降，避免波形出現(xiàn)異常。工作人員應(yīng)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，針對(duì)可能存在質(zhì)量問題的樁基應(yīng)再次進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步確定樁基缺陷的位置和范圍等信息，保障樁基檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

2 聲波透射法橋梁樁基檢測(cè)結(jié)果分析

選擇4#完整樁基和15#缺陷樁基對(duì)聲波透射法效果進(jìn)行檢驗(yàn)，4#樁基和15#樁基的樁長均為18 m，直徑均為900 mm，兩種樁基均采用C25混凝土澆筑。在兩種樁基中均預(yù)埋3根聲測(cè)管，其中4#樁基的聲測(cè)管編號(hào)為A、B和C，15#樁基的聲測(cè)管編號(hào)為1、2和3。選擇北京智博聯(lián)公司U5100檢測(cè)儀作為檢測(cè)設(shè)備，其通道數(shù)為單發(fā)雙收，同時(shí)測(cè)試剖面數(shù)為1，系統(tǒng)最大動(dòng)態(tài)范圍為154 dB，測(cè)深范圍為10～500 mm，頻帶寬度為1～250 kHz，增益調(diào)整精度為0.5 dB。15#樁基檢測(cè)結(jié)果如圖1所示：

圖1 15#樁基檢測(cè)結(jié)果

由圖1可知，15#樁基的聲輻曲線、聲速曲線和PSD曲線均出現(xiàn)異常。由圖1（a）可知，在樁長5～6 m區(qū)間內(nèi)，1-2剖面和2-3剖面的聲輻出現(xiàn)振蕩，其中1-2剖面的聲輻波動(dòng)更為明顯，其振幅達(dá)到了15 dB的最低水平，其他樁長區(qū)間聲輻則基本保持在115～120 dB范圍內(nèi)。圖1（b）中，在樁長5 m左右時(shí)，聲速在1-2剖面和2-3剖面出現(xiàn)顯著下降，而在6 m樁長處則出現(xiàn)聲速增加的趨勢(shì)，并達(dá)到了聲速為5 250 m/s的穩(wěn)定水平。圖1（c）中，隨著樁長的增加，1-3剖面的PSD值為0，這表明該剖面無缺陷，PSD曲線在1-2剖面和2-3剖面的5～6 m樁長范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯波動(dòng)，這表明樁基在該處存在空洞等缺陷。由此可以看出，聲波透射法能夠準(zhǔn)確檢測(cè)橋梁樁基缺陷，可為提高橋梁工程質(zhì)量提供保障。

4#樁基的檢測(cè)結(jié)果如圖2所示：

圖2 4#樁基檢測(cè)結(jié)果

在圖2（a）中，三個(gè)剖面的聲輻曲線變化較小，其中A-C剖面的整體振幅最高，約為105 dB，A-B剖面的整體振幅最小，約為90 dB，而B-C剖面的振幅在90～105 dB范圍內(nèi)變化。圖2（b）中，A-C剖面的聲速穩(wěn)定在4 500～5 250 m/s區(qū)間內(nèi)，B-C剖面的聲速變化幅度在三個(gè)剖面中最大，但其聲速整體基本穩(wěn)定在4 500 m/s；A-B剖面的整體聲速最小，保持在2 750～4 500 m/s區(qū)間內(nèi)。圖2（c）中，三個(gè)剖面的PSD值均保持為0，PSD曲線無異?，F(xiàn)象，這表明三個(gè)剖面的樁身材料密實(shí)性和連續(xù)性較好，樁基的完整度等級(jí)較高，不存在樁基缺陷。由此可以看出，聲波透射法能夠增強(qiáng)橋梁樁基缺陷檢測(cè)的可靠性，可為減少橋梁工程的安全隱患提供助力。

3 結(jié)束語

橋梁建設(shè)是國家綜合國力的體現(xiàn)，在緩解交通壓力、拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和承載文化價(jià)值等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。為促進(jìn)橋梁建設(shè)，該文從橋梁樁基檢測(cè)角度出發(fā)，對(duì)聲波透射法的運(yùn)用進(jìn)行了探究。針對(duì)缺陷樁基的檢測(cè)，在樁長5～6 m區(qū)間內(nèi)，1-2剖面和2-3剖面的聲輻、聲速和PSD曲線均出現(xiàn)巨大波動(dòng)，其中聲輻、聲速和PSD的最小值分別達(dá)到15 dB、200 m/s和0，聲輻、聲速和PSD的最大值分別達(dá)到117 dB、5 250 m/s和260。而針對(duì)完整樁基的檢測(cè)，不論是A-B剖面、B-C剖面還是A-C剖面，其聲輻、聲速和PSD曲線都較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)巨大波動(dòng)，其中聲輻、聲速和PSD的分別穩(wěn)定在90～105 dB區(qū)間、2 750～4 500 m/s區(qū)間和0，樁基完整度檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況一致?？梢钥闯觯暡ㄍ干浞ㄌ岣吡藰痘鶛z測(cè)的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)了橋梁樁基檢測(cè)的可靠性，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，是橋梁安全的有力保障。同時(shí)，該文也存在數(shù)據(jù)量較少的不足，在未來的研究中，需要擴(kuò)大數(shù)據(jù)量，進(jìn)一步論證該文的研究結(jié)果。

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