超聲波檢測技術在橋梁樁基檢測中的應用

隋義

摘要：樁基礎作為我國橋梁工程最為常用的基礎形式，具有承載能力較高以及抗地震作用性能強等特點，能夠將橋梁工程的上部結構承受的荷載有效的傳遞到土層或者巖石層結構當中，從而提高橋梁結構的穩定性，有效緩解橋梁基礎的沉降。但是由于在施工過程中樁基礎容易受到施工工藝、工程地質條件、施工水平以及作業管理等各方面的影響，致使橋梁樁基發生縮頸、斷裂、混凝土的離析或者是夾雜泥沙等問題，不但會影響到樁基礎的承載能力，還有可能造成工程安全事故的發生。所以，必須要強化橋梁樁基礎的檢測管理工作，尤其是樁基的無損檢測技術，便于對橋梁樁基的結構狀態進行評估，保證樁基工程施工的質量以及橋梁工程整體結構的安全可靠性。

關鍵詞：超聲波檢測技術；橋梁樁基檢測；應用

引言：

超聲波檢測技術，是一種新型的檢測樁基安全的方法，這種方法的優點在于操作便捷，檢測過程和檢測結果基本不受外界因素的干擾，檢測所需時間短，安全性能較高。在科學技術進步的狀態下，這種檢測技術也被不斷的優化。在多次的實踐中發現，這種檢測方法被應用到實際中能夠很好的解決傳統技術不能解決的難題，同時可促進基樁檢測技術進步，確保工程質量安全。

1 超聲波檢測技術應用于橋梁樁基檢測的原理

超聲波檢測技術應用于橋梁樁基混凝土的檢測根據橋梁樁基混凝土結構形式的不同主要分為回波法和透射法兩種檢測方法。回波法能夠在內部介質較為均勻的橋梁樁基混凝土檢測中取得較為良好的檢測效果，比如說橋梁樁基內部主要為金屬介質的樁基。而透射法則是在內部介質不均勻的橋梁樁基檢測中取得較為良好的檢測效果。其多應用于對混凝土主體的橋梁樁基進行性能檢測。現今在國內橋梁的建設中橋梁樁基多采用的是鋼筋混凝土結構，因此相較于回波法多應用于均勻介質透射法更加適用于鋼筋混凝土結構樁基的檢測，且應用較為廣泛。鋼筋混凝土結構的橋梁樁基其框架為鋼筋，內部填充混凝土，其內部還包含有一定的空氣和水分，如在施工中未能采取合理有效的控制措施將極易導致橋梁樁基混凝土中存在著空洞、氣泡以及疏松等的缺陷，上述這些缺陷的存在將會使得超聲波面臨著極大的聲阻。在利用超聲波對橋梁樁基混凝土進行檢測時，超聲波會遵循一定的彈性波規律，當超聲波接觸到非均勻的橋梁樁基混凝土介質時將會發生反彈和折射等的現象，此時可以將橋梁樁基混凝土看做一種彈性體。在利用透射法來對橋梁樁基混凝土進行超聲波檢測時，首先將超聲波檢測管預埋至橋梁樁基內，以此通道為超聲波檢測時的檢測通道，同時在檢測管內加入適量的水作為超聲波檢測時的耦合劑。而后通過將超聲波的發射探頭和接收探頭在檢測管的兩端分別固定，通過接收超聲波的透射脈沖用以實現對于橋梁樁基混凝土的超聲波檢測。

2 橋梁樁基檢測中超聲波檢測技術的應用

2.1 聲測管的埋設

聲測管是聲波透射法測樁時，徑向換能器的通道，其埋設數量決定了檢測剖面的個數，同時也決定了檢測精度。聲測管的材質盡量選擇使用金屬管，聲測管內徑通常比徑向換能器的直徑大10mm-20mm即可。

2.2 檢測流程

現場的檢測過程一般首先是采用平測法對全樁各個檢測剖面進行普查，找出聲學參數異常的測點。然后對聲學參數異常的測點采用加密平測測試、斜測或扇形掃測等細測方法進一步檢測平測：聲測管、發射換能器、接收換能器、聲波檢測儀，以相同的標高同步升降，完成整樁檢測；斜測：將發射換能器和接受換能器置于不同高度上同步提升，分析兩次測試的聲學參數異常的測線，來進一步更精確的確定缺陷范圍；扇測：一只換能器固定在某高程不動，另一只換能器逐點移動，測線呈扇形分布。要注意的是，扇形測量中各測點測距是各不相同的，雖然波速可以換算，相互比較，但振幅測值卻沒有相互可比性（波幅除與測距有關，還與方位角有關，且不是線性變化），只能根據相鄰測點測值的突變來發現測線是否遇到缺陷。

2.3 檢測數據的分析與判定

樁身缺陷判別的主要依據是實測點的聲速、波幅及其隨深度而變化的變化曲線，根據得到的判據綜合分析指標，可以得到樁基中混凝土的質量信息。

2.3.1 強度評價

混凝土強度的評價是建立在波速與混凝土物理力學指標之間的聯系的基礎上，一般情況下，聲速可通過混凝土彈性模量和其力學強度的內在聯系，與混凝土強度建立相關關系，以此可以推定混凝土的強度。波速在混凝土中通過的時間和速度與斷樁有關，出現斷樁時，波速會產生變化，與正常的在混凝土中的波速對比，可以判斷斷樁是否存在。

2.3.2 樁身混凝土缺陷聲速判據

聲速臨界值的確定則基于概率法，聲速在無缺陷的混凝土中運行會發生一定的離散性，但總體狀態呈正態分布。由缺陷造成的聲速異常值則不符合正態分布，確定樁基混凝土是否有缺陷必須采用正常混凝土的平均值判斷，平均值偏小，造成漏判的概率就偏大，聲測管間不平行也會產生誤差。

2.3.3 樁身混凝土缺陷波幅判據

PSD法是基于聲波的變化會引起深度曲線的斜率明顯增長的原理，聲波大小與混凝土缺陷程度有很大關系，而且兩者之積對缺陷的反映更加明顯，在檢測過程中當PSD值在某處發生明顯變化時，就可以作為缺陷區進行下一步的檢測。以某省道橋梁樁基為例，該省道橋梁為鉆孔灌注樁，浙江常年雨水多，采用鉆孔灌注樁很容易產生質量問題。PSD法是將“聲時——深度曲線”相鄰兩點間的斜率和差值的乘積作為判斷依據。根據相鄰兩測點的斜率和深度，根據PSD判斷的性質，可以判斷當某點的PSD判據斜率和差值的乘積大于標準值，可以判斷測點為斷樁。

2.3.4 混凝土聲速、PSD值出現異常

在混凝土PSD值出現異常的區域，即為判定為缺陷區的部分，可以采用水平加密、扇形掃測等方法，結合波形分析，確定混凝土缺陷的位置和嚴重程度。對于聲速、波幅和PSD值超過臨界值異常或突變時，要對缺陷處進行仔細測量，結合波形、施工工藝和施工記錄進行分析，確定缺陷的位置和大小，聲速普遍低于底限值時，可以采用鉆孔去芯法檢驗樁基的混凝土強度。

2.3.5 樁身完整性類別判定

樁身完整性一般是根據聲速、波幅和臨界值的關系結合波形特征來判斷。各聲測剖面每個測點的聲速、波幅均大于臨界值，波形正常，表示樁身完整，可以正常使用；某剖面聲測聲速、波幅小于臨界值，而波形正常，表明樁身輕度缺陷，不影響橋梁正常使用；聲測剖面連續多點聲速、波幅均小于臨界值，并且PSD值突然變大，波形出現畸變，表明樁身有明顯缺陷，會影響樁身承載能力；聲測剖面連續多點聲速、波幅均明顯小于臨界值，PSD值突然變化，波形畸變嚴重，表明樁身有嚴重缺陷。

3結束語

超聲波檢測技術是橋梁樁基礎無損檢測的一種重要方法，具有檢測設備簡單、操作快捷方便的特點，超聲波測試儀的穿透能力較強，特別適用于對樁基混凝土的檢測和驗收，可以準確的反映出橋梁樁基礎的實際情況，并且該法的技術成熟，操作上簡單方便，能夠有效提高樁基礎的檢測效率。超聲波測試時需要操作人員具有一定的工作經驗，檢測精度的高低與試驗人員的經驗判斷密切相關，相關的檢測人員在利用超聲波檢測技術進行樁基礎的試驗檢測中，必須要熟知超聲波檢測技術的工作原理，對數據進行合理的分析和處理，保證超聲波檢測的準確性，為有效控制橋梁樁基礎的施工質量提供行之有效的評判依據。

參考文獻

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（作者單位：北方測盟科技有限公司）