超聲脈沖法在路橋樁基檢測中的有效應用分析

汪 健

(安徽省交科檢測研究院有限責任公司 安徽 合肥 230000)

社會經濟的快速發展帶動了交通事業的不斷完善，作為路橋工程施工質量控制的重點，樁基礎的質量就顯得尤為重要，在樁基礎施工過程中及施工完畢后，都需進行樁基檢測[1]。樁基質量控制主要表現為樁身的完整性和承載能力，常存在的質量問題有斷裂、混凝土離析、縮徑等缺陷，還存在樁底沉渣較厚導致承載能力不足等問題，主要受灌注樁樁底泥漿清空不徹底等的影響。實際施工過程中，傳統靜壓樁實驗的實施已經不能滿足當前裝機施工迅速增加的要求，并且實施較為困難，因此超聲脈沖法成為了路橋樁基檢測中的一種有效方式。

一、超聲脈沖法

波動是一種物質運動，可分為兩大類，一種為機械波，一種為電磁波，前者有聲波、水波等，主要為機械振動在彈性介質中引起的波動過程。聲波傳播到介質中某個地方時，這個地方原來不動的質點開始振動，進而出現動能，并且介質形變會出現位能。聲波主要是在介質中逐層傳播的。20～2×104Hz是人能聽到的聲波頻率范圍，如果超過2×104Hz，人耳就聽不到了，就叫做超聲波。超聲波傳播能量較大，屬于機械波，在介質中傳播時，會出現反射、干涉、透射等情況，通過這些能反映介質的結構與本質。因此，通過分析透過介質的超聲波的相關聲學參數，能對介質相關結構信息進行了解，說明超聲波在非金屬介質檢測中是可以應用的[2]。超聲波探傷儀發射換能器能通過一定的重復頻率，間斷發射出一組組超聲脈沖波，能更好的通過分析介質的超聲波聲學參數來了解介質的結構特性。超聲脈沖波是一種復頻波，由不同頻率的余弦波組成，并不是單一頻率。超聲脈沖法就是用超聲脈沖波檢測介質結構性能的方式。

二、超聲脈沖法在路橋樁基檢測中的應用

在現代建筑工程中，樁基礎是一個重要的結構部件，常進行配料、澆筑、養護等，如果其中一個環節出現問題，可能導致樁基礎出現質量問題，從而引起樁基承載能力不足，最終對結構物整體施工質量產生不良影響，造成安全隱患。在路橋樁基無損檢測方法研究過程中，規范推薦的檢測方法有低應變檢測波法、超聲脈沖法、高應變法等，相比于其他單一檢測路橋樁基強度的無損檢測方法，超聲脈沖具有更好的應用效果，不僅能較準確地檢測出其中的缺陷，還能估算樁基混凝土的強度[3]。

(一)路橋樁基強度檢測

樁基是一種彈塑性材料，由水泥石與骨料復合而成，樁基的性質會受到組分與施工條件不同的影響。在對樁基的強度進行描述時，應用普通的數學模型進行描述是具有較大難度的。在樁基強度檢測中，超聲脈沖法檢測為基本依據，樁基的彈性性質與超聲脈沖波在路橋樁基中的傳播速度聯系較大，并且與樁基的彈性模量與其力學強度也存在較大關系。針對超聲脈沖波通過路橋裝機所需的聲時，采用超聲波探傷儀進行檢測，能計算出樁基中的超聲波聲速，進而判斷樁基的強度。通過對大量不同配比及強度等級的樁基的抗壓強度值與超聲波聲速進行測量，進而通過數學模型建立超聲脈沖法測強曲線。考慮到骨料、品種、用量、所處環境等因素對樁基聲速的影響，在進行超聲脈沖檢測樁基強度時，需要對測強曲線進行矯正[4]。針對分布有鋼筋的樁基，超聲波穿過時，可根據超聲波經過鋼筋的聲程及總聲程比值對實測值進行修正。

(二)路橋樁基缺陷檢測

原材料、配合比、齡期、樁長一定的樁基，其越密，則聲速越高。如果存在裂縫或空洞，超聲波會經過其而傳播到接收環能器，并且由于樁基混凝土聲阻率高于空氣，進而超聲波遇到缺陷時，會在缺陷表面出現反射及散射情況，進而減弱聲能量，并且頻率越高，減弱越快，還會降低接收信號的聲速、波幅及頻率。因此，在對所測樁基中缺陷的位置及范圍進行判斷時，可以通過超聲波聲學參數測量值的相對變化進行判斷。超聲脈沖波在路橋樁基缺陷檢測中具有較強的穿透力，并且檢測設備簡單，操作方便，具有較好的應用效果。路橋樁基具有環境復雜、施工期長等特點，并且相對來講體積較大，因此，如果不能較好地控制好溫度，使其滿足設計要求，就比較容易導致樁基出現裂縫。還會對澆筑造成影響，如果澆筑層面間處理不當，就會影響層與層之間的樁基較好結合[5]。超聲脈沖法能對樁基中的裂縫、空洞等缺陷進行有效檢測，還能反映路橋樁基鉆孔灌注樁的均勻性及連續性，檢測受侵蝕、凍融破壞的樁基層厚度。

1.路橋樁基裂縫檢測。如果裂縫部位處可供檢測的路橋樁基表面只有一個，常采用平測法進行檢測，如果裂縫部位具有一對相互平行的表面，則可采用對穿斜測法進行檢測。讀取接收波的聲時、波幅、頻率值時，需要保持T-R換能器連接通過縫合不通過縫時測試距離、傾斜角一致的情況下，并進行逐層逐點讀取。超聲波在裂縫界面上衰減，接收到的首波信號就會比較弱，與不過縫的測點相比，就存在較大差距，因此，可根據這種情況對裂縫的長度及深度進行判定。

2.表面損傷層檢測。在物理化學因素作用下，路橋樁基結構物表面會出現損傷層，對其厚度進行檢測時，在檢測面上的某點放置超聲波發射換能器替，并且使其保持不動，然后采用接收換能器R測距，并讀取相應的聲時值。如果測距較大，超聲波透過損傷層，會向未損傷的位置傳播，進而大多會顯示出未損傷的傳播速度。達到某一測距時，經過2次穿透損傷層沿未損傷路橋樁基中傳播的脈沖波與沿損傷層傳播的脈沖波會同時到達接收換能器[6]。

3.其他缺陷檢測。路橋樁基的裂縫有蜂窩、空洞、結合面處的缺陷，可采用穿斜側法對缺陷的位置及大小進行檢測。進行路橋樁基鉆孔灌注樁施工時，將聲測管預埋于樁內，可通過分析其中的移動超聲波探頭接收到的脈沖波的聲時、頻率、波幅變化，對樁體的連續性及均勻性進行判斷，并且通過與聲速檢測結合，對路橋裝機強度進行檢測。

結束語

在路橋樁基質量檢測中，超聲波脈沖法檢測具有較大的應用優勢，主要體現為安全可靠、經濟節約，且未對樁基造成損傷。而且，超聲脈沖法不但能準確的判斷樁基缺陷的具體缺陷位置及大小，還能估算樁基樁基強度。在科學技術的不斷發展和檢測設備的不斷更新下，超聲脈沖法的應用會越來越廣泛，檢測精度越來越高，為路橋樁基施工質量的控制起到更好的保障作用。