論超聲波法在橋梁樁基檢測中應用
2010-12-31 00:00:00吳柏林
現代商貿工業 2010年8期
摘 要:主要介紹了超聲波法的檢測原理、檢測方法及數據分析方法，在此基礎上提出了在樁基檢測中的具體工作中需要的注意的一些問題。
關鍵詞:超聲波法;透射法;樁基檢測
中圖分類號:TU
文獻標識碼:A
文章編號:1672-3198(2010)08-0298-01
0 前言
隨著我國國民經濟的發展和城市化進程的加快，我國對交通運輸的需求也與日俱增，近年來我國建設了大量的高等級公路，大型高速公路橋梁結構物也越來越多。而樁基作為橋梁基礎的一種重要形式，在很多工程中都有應用。在這類工程中，樁基是橋梁的主要承重結構，它的質量好壞對結構物使用的可靠性、耐久性具有決定性的作用。故橋梁樁基的檢測在樁基的質量控制、使用功能保證中起著舉足輕重的作用。
1 超聲波法的檢測原理
超聲波法可以根據波的傳播途徑和接收方式分為兩種:
(1)透射法;
(2)回波法。回波法在金屬探傷方面有著非常廣泛的應用，但由于混凝土的非勻質性，回波法的效果受到了嚴重的影響，目前應用較多的是透射法。本文也主要介紹超聲波透射法的應用情況。
超聲波透射法檢測的基本原理是:首先在樁基內部預埋若干檢測管以形成檢測通道，發射探頭和接收探頭都安裝在聲測管中。檢測儀器使用過程中會發射出周期性的電脈沖，通過發射換能器的壓電體轉換為超聲脈沖，超聲脈沖穿過待測的樁基混凝土后被換能器接收，然后轉換成電信號，最終在儀器上顯示超聲脈沖波形及頻譜、穿過混凝土所需的時間、接受波幅值、脈沖主頻率等參數。通過對這些參數的全面、細致的綜合分析，我們就可以判斷樁基混凝土內部的各種缺陷的性質、位置等，在此基礎上判斷混凝土總體的均勻性和強度等級的指標。
2 檢測方法
超聲波透射法按發射和接收換能器的相對高程的不同分為三種:扇形掃測法、平測法和斜測法(如圖1所示)，應用較多的是平測法和斜測法。
圖1 平測、斜測及扇形測法(按從左到右的順序)
平測法是將發射和接收換能器放在同一高度進行測試。這種檢測方法可以檢查出豎直方向上的缺陷的位置和大小，缺點在于無法確定缺陷在水平方向的位置。斜測法是指發射和接收換能器不在同一高度進行的測試，斜測法是平測法的重要補充，可以有效避免平測中無法確定缺陷水平位置的問題。具體應用中，要保持發射和接收換能器的高程差不變，并對每一個截面進行兩次完全獨立的檢測。兩個換能器的高程差越大，對缺陷在水平方向的位置判斷就越準確，但隨著高程的加大，接收換能器所能接收的測試信號也相應減少，也會影響最后的缺陷判斷。因此，在實際工程中，掌握合適的發射和接收換能器高程差對提高缺陷位置判斷準確性具有重要的意義。
3 檢測數據分析、處理
目前對數據進行分析、處理的方法主要有三種:基于聲時的數據分析、基于波幅的數據分析以及基于“聲時-深度曲線”的數據分析。下面做一個比較詳細的介紹。
3.1 基于聲時的數據分析
選取聲時平均值μt與聲時2倍標準差δt之和作為判定樁身有無缺陷的臨界值(St)。
μt=∑tin(1)
δt=∑(ti-μt)2/n(2)
St=μt+2δt(3)
其中:n為測點的數量;ti為第i個測點的聲時值。
判斷方法:若ti>St，則可以認定該樁基在所測的深度處可能存在缺陷。
3.2 基于波幅的數據分析
在所有的聲學參數中，波幅是對樁基缺陷最為敏感的參數，這也是可以采用波幅進行樁基質量判斷的依據。這種方法選取接收節能器接收到的超聲波信號波幅平均值(μq)的一半作為判斷樁身有無缺陷的臨界值(Qd)。
Qd=μq-6(4)
μq-∑qin(5)
其中:qi為第i個測點的波幅;n為測點數。
判斷方法:若qi 3.3 基于“聲時-深度曲線”的數據分析 也稱PSD法。PSD對缺陷也非常敏感，故可以選取PSD判斷缺陷所存在的范圍。此種方法選取聲時-深度曲線相鄰測點的斜率K與相鄰兩點聲時差值Δt的乘積為臨界值。 PSD=K×Δt(6) 判斷方法:實際所測PSD大于出現斷樁或全斷面夾層時的臨界PSD值時，則可以判定樁基在該測試點斷樁。 4 應用超聲波透射法檢測注意事項 由于工程的特殊性和復雜性，超聲波透射法在實際應用中不可能像理論完全一致，還需要考慮其他的一些影響因素，主要是以下幾個方面。 4.1 地下含水量 如果樁身在澆筑過程中產生了孔洞且孔洞位置在地下水位之下時，地下水便會進行孔洞。當應用超聲波進行檢測時，聲波穿透缺陷過程中實際上還穿透了地下水。如果檢測缺陷的范圍比較小，就有可能造成漏判。 4.2 樁基齡期 樁基齡期對超聲波檢測時的信號和波形影響很大。規范中要求齡期達到14天才能進行檢測，如果時間上不允許，也應最低應滿足7d齡期的要求。若齡期不符合要求，檢測過程中可能出現接收信號比較微弱，波形衰減非常嚴重的情況。 4.3 聲測管布局方式 聲測管主要有三種布局方式，如圖2所示。其中陰影區域為超聲波檢測的有效檢驗區。 圖2 聲測管的三種布局方式 對應樁身直徑小于1m的，采用方案I即可，大體上可以反映出的整個橫截面各部位的主要缺陷。樁身直徑大于或等于1m的，采用方案Ⅱ比較合適，雖然在中心位置存在盲區，但在實際工程中，中心存在缺乏的可能性也非常小，故檢測效果可以得到保證。對于一些工程中的大直徑樁，方案Ⅲ是最佳選擇，這種方案的檢測盲區是最小的，能夠最大限度地保證檢測的全面性。在實際工程中，對應不同的樁基采用相對應合適的聲測管布局方法對提高超聲波檢測的準確性具有重要的意義。 4.4 聲測管安裝 聲測管安裝時需要保證各聲測管平行安裝，超聲波檢測過程中出現的問題很多都因為聲測管的安裝不平行。不平行導致一系列的問題，如檢測的聲時值、均方差、離散系數、平均聲速等統計值產生偏離。此外，對于泥漿護壁灌注樁樁身檢測時，可能在施工過程中泥漿比重過大，附著在聲測管上導致局部的聲測管被很厚的泥皮包圍，從而使超聲波波幅減小，最后導致誤判。 5 結語 橋梁樁基檢測還存在其他的一些檢測方法，如低應變法等。超聲波法由于其檢測結果能直觀反映樁身缺陷的位置、大小及嚴重程度，檢測質量十分可靠，操作非常簡單等優點成為樁基檢測中最常用的方法之一。但目前對樁基的檢測還只是停留在定性判斷上，還無法進行定量分析，這需要相關的技術人員、專家學者投入到這一研究領域中來，推動樁基檢測技術的發展。 參考文獻 [1]林維正，蘇勇，洪有根.混凝土裂縫深度超聲波檢測方法[J].無損檢測，2001，(8):49. [2]岳丹，王菊.混凝土框架梁內部缺陷的超聲波檢測及分析[J].東北煤炭技術，1999，(8):104. [3]曾永軍，趙偉封，林江奕.淺談超聲法檢測灌注樁的應用[J].山西建筑，2006，32(18):71-72.
