超聲波檢測技術在橋梁樁基檢測中的應用

劉 冰

（山東正元工程檢測有限公司，山東 濟南 250101）

橋梁工程是重要的交通基礎設施，隨著我國橋梁工程建設的快速發展和施工技術的不斷進步，為了更好地適應不同的地質條件，作為橋梁工程重要承重結構之一的橋梁樁基也出現了不同結構類型，因此，對施工的質量也提出了更高的要求。而橋梁樁基在施工中由于受到施工技術條件以及施工經驗等因素的影響，往往會出現裂縫、塌孔、孔徑不符合設計標準等各種缺陷問題，所以，要采用高效準確的檢測技術手段來加強對橋梁樁基的檢驗監督。而利用超聲波技術是橋梁樁基檢測中常用的一種無損檢測方法，其可以準確判斷橋梁樁基結構的完好性以及強度，從而確保橋梁樁基的施工質量能夠符合設計要求。

1 應用超聲波檢測橋梁樁基的技術方法分析

應用超聲技術對橋梁樁基進行檢測時，主要是橋梁樁基結構的完整性以及強度等指標性參數來分別進行檢測分析。檢測人員首先要準確判定其聲速值以及波幅臨界值，并參考波形的特點來對橋梁樁身是否存在缺陷進行判斷分析。此外，還可以根據工程的實際情況結合聲速離異系數以及PSD值等參數來提高判斷的準確性[1]。在應用超聲檢測技術分析橋梁樁基質量時，比較常用的參數包括樁基聲速標準差、平均值、PSD值、變異系數以及平均波幅測量值等。

根據超聲波檢測的技術規范，可以將超聲檢測結果分成四個等級。其中，當所有聲測剖面各測點的波幅值以及聲速均能夠達到臨界值以上，且其波形形態正常的，應將其判定為樁身具有較好的完整性，能夠滿足施工要求的Ⅰ類樁。如果在波形形態雖然基本正常，但某聲測剖面存在個別測點波幅值或者聲速與臨界值相比略小時，應將其視為Ⅱ類樁，即說明該樁身雖然有輕微缺陷存在，但是基本完好，對正常使用的影響比較小。當在檢測中發現某聲測剖面中有深度樁界面或者多個連續測點存在畸變波形形態，且PSD值存在增加的現象，其波幅值或者聲速低于臨界水平時，則說明該樁身有比較明顯的缺陷問題存在，會影響樁基結果的實際承載能力，該類樁身為Ⅲ類樁[2]。而當某聲測剖面在深度樁截面或者多個連續測點均出現波幅值以及聲速與臨界值相比明顯偏低，且其波形形態畸變明顯，同時PSD值也發生了較大的變化時，則說明該樁身結構中有嚴重缺陷問題存在，并會極大地影響樁身的實際載荷能力。

應用超聲波技術檢測橋梁樁基時，主要是利用超聲波在遇到缺陷臨界面會發生繞射或者散射的特性，此時換能器所接收到的波幅會發生比較明顯的改變，因此，可以通過計算聲波波幅以及換能器信號的變化幅度來對缺陷程度以及性質來進行判斷分析。同時，當超聲波遇到缺陷部分時，其相位以及傳播路徑也會產生一定的改變，此時在接收信號中就會出現畸變波形，再通過與低應變技術的結合應用，就能夠對橋梁樁基的質量進行準確的無損檢測。此外，還可以綜合聲速波幅以及PSD值等參數來提高對橋梁樁基缺陷判斷的準確性。

以某橋梁工程的檢測實踐為例，該橋梁工程為某高速公路工程中的一部分，其樁基長度的設計值為41 m左右，直徑為1 200 mm左右，在對該橋梁樁基的施工質量進行檢測時，選擇了將聲測管預設在樁身內部的超聲波檢測技術。在檢測實踐中將3根聲測管分別標注為1、2、3號管，并分別耦合為12、13、23三個測組，同時將水作為其耦合介質，對橋梁樁基進行檢測分析。在本次檢測中所選擇的基樁多跨孔超聲自動巡測儀設備型號為RSM-SY7 （F）。經過現場檢測試驗以及對檢測結構的分析判斷發現，該橋梁工程的所有樁基結構在檢測中均成圓滑完整曲線波形，具有較大的振幅、突出的主頻峰值以及陡峭首波，同時在波形的第一周期內無畸形波存在，且接收波呈半圓包絡，說明樁基結構的完整性良好，無明顯質量缺陷存在。

2 應用超聲波檢測橋梁樁基的技術要點

2.1 嚴格按照設計標準制作聲測管

通過可以選擇鑄鐵管等材料來作為聲測管，在制作時應嚴格按照設計標準來控制鑄鐵管壁的具體厚度，并確保鑄鐵管接頭焊接牢固平整，從而使聲測管內部能夠為換能器的自由伸縮提供充足的空間。在設置聲測管時，應將其牢固綁扎在鋼筋籠主筋上，而不得采取焊接連接方式。綁扎時應選擇鉛絲按照每3 m左右一道的方式來沿樁長方向進行綁扎設置。同時應采取點焊方式將主筋與聲測管接頭連接牢固。

2.2 合理設置聲測管

在埋設聲測管時應采取平行對稱的方式來布設聲測管，使探頭能夠在各聲測管內伸縮自由。同時應根據橋梁樁基直徑來確定埋設聲測管的根數，一般當樁基直徑在800 mm以內時，應埋設不少于2根聲測管；當樁基直徑在800～1 600 mm之間時，應埋設不少于3根聲測管；當樁基直徑在1 600 mm以上時，應埋設不少于4根聲測管；而當樁基直徑大于2 500 mm時，宜適當增加預埋聲測管數量。在通過儀器設備進行超聲檢測時，應采取2根為一組的方式來進行測定。

2.3 放置聲測管

超聲檢測應在完成成樁施工28 d后進行。在檢測時應先將樁頭挖開破除，管口應高出混凝土頂面100 mm以上，并將管口表面抹平。在對樁頭進行破除時，應避免對埋設在樁體內的聲測管造成損傷，并要防止有雜物落入聲測管內部，然后應將探頭放入樁底位置。

2.4 校正換能器精度

通常在超聲檢測設備中主要包括換能器以及數據采集裝置等組成部分。在使用檢測儀器進行檢測前應對其性能參數進行檢測校對。檢測時可以通過律定試驗來確定其聲時以及波形的準確性和清晰度，并根據成樁設計標準來確定換能器精度。當條件均允許時應選擇較重的換能器設備，同時要保證換能器的高度以及收放動作一致同步。

2.5 充分考慮各種因素提高頻譜解析準確性

在對超聲頻譜進行分析時，主要是在解析不同頻率分量的不同幅度的基礎上，發現主頻率的最大幅度，并將不同波列長度進行截取分析，從而獲得頻譜的相應曲線圖。檢測人員在分析頻譜時不僅要對漏波以及疊加波因素進行充分的考慮，而且還要注意分辨率因素，以保證檢測結果的精確性。

2.6 科學選擇采樣頻率

在檢測橋梁樁基質量時，檢測人員應對采樣頻率進行科學的選擇，以保證能夠充分掌握以此波頻譜的主要特征，從而提高分析頻譜信號的準確性，以減少頻域以及時域因素對頻譜分析結果的影響。

3 結語

應用超聲波技術來對橋梁樁基進行檢測，不僅所需要的儀器設備比較簡單，而且其操作也比較便捷。同時由于超聲波具有很強的穿透性，能夠很好地滿足對超大規格橋梁樁基結構的檢測要求，同時其檢測精度也比較高，能夠幫助檢測人員準確掌握樁基結構的強度以及缺陷位置、范圍和程度，并且判斷樁基完整性類別。橋梁樁基的施工質量將對橋梁整體結構的質量安全產生重要的影響，因此，檢測人員要不斷總結實踐經驗，準確掌握超聲檢測的技術要點和操作規范，利用超聲數據來對橋梁樁基質量進行準確的判斷分析，從而提高檢測的精度和效率。