橋梁樁基檢測中聲波透射法檢測的應(yīng)用分析

文/莊軍民

1 前言

橋梁樁基施工中最常見的問題就是段樁和蜂窩這幾種，而造成這種問題產(chǎn)生的原因大部分是操作方式、人和設(shè)備及周邊環(huán)境所造成的。這些因素會對混凝土的強度及完整性造成在安全性和耐久性方面的影響。所以，聲波透射監(jiān)測技術(shù)是橋梁樁基混凝土操作中必不可少的一種監(jiān)測技術(shù)，它可以準(zhǔn)確監(jiān)測出橋梁樁基的質(zhì)量問題產(chǎn)生在哪里，并且保證橋梁樁基可以滿足施工設(shè)計的需求。

2 聲波透射法在橋梁樁基檢測工作中的應(yīng)用機理

圖1 是適用聲波投射法的示意圖。橋梁木樁的測量，使用聲波投射法時，以聲波特性為主要檢測依據(jù)。具體來說，在被測量的木樁上預(yù)先埋藏兩種以上的聲音(將它們互相水平地維持在一起的狀態(tài))，并在其內(nèi)部灌水，將其作為結(jié)合劑。再將超聲波脈沖置于聲標(biāo)管中，發(fā)射或接收電磁脈沖，超聲波可以用超聲波發(fā)射超聲波，超聲波可以通過接收器顯示接收到的超聲波波形。再用超聲波表面的波形，穿過混凝土中能判斷出海浪的第一聲，頻率和波長等關(guān)鍵聲源(聲音)[1]。

通過以上程序，可以通過橋基木樁的缺陷引起的超聲波波形或相關(guān)參數(shù)的變形等檢查木樁是否存在缺陷。如果柱子中的混凝土存在穿孔、蜂窩、松動等質(zhì)量缺陷，產(chǎn)生的超聲波就可以繞道或散射。超聲波的最初到達(dá)時間和能量感應(yīng)特性、波形畸形程度、頻率變化等，可以準(zhǔn)確測定部分中混凝土濃度系數(shù)等。對于圖2 所示的完整的木樁和有缺陷的木樁，通過聲波投射法得到的木樁略有不同，可以確定橋梁木樁是否存在質(zhì)量上的缺陷。橋身的木樁質(zhì)量問題，根據(jù)平測的超聲波投射法，正確地判斷出個數(shù)有缺陷的固定式位置，但卻無法進(jìn)一步測定這種方法及其缺陷的具體范圍，可以外向測量法上測定。應(yīng)該合理的即興發(fā)揮使車向外伸出頭部進(jìn)行控制。考慮到連接面上安裝的半地面加速器本身具有一定的指向性，相應(yīng)的環(huán)的高度差小于挑距的水平距離。通過這一缺陷部位時，超聲波信號會發(fā)生畸形變化，將兩個探索隊之間的高低部分和異常區(qū)域范圍配合起來，就可以近似地判斷抹消障礙的范圍了。如果相應(yīng)木樁的缺陷比較輕微，那么如果在聲道附近存在淤泥等現(xiàn)象，信號畸形變化的范圍就會縮小，否則信號畸形變化的范圍就會擴大。另外，利用扇形掃描可以更準(zhǔn)確地劃分木樁的缺陷部位[2]。

3 基本概念與檢測原理

超聲波具有超強的滲透性，在使用超聲波測橋梁樁基的時候，如果發(fā)現(xiàn)橋梁樁基是有問題的那么，超聲波透射時的波幅、時間、頻率和波形等重要參數(shù)將發(fā)生顯著變化。通過改變上述參數(shù)，測試人員將能夠查明鋼筋混凝土中的潛在缺陷和問題。在具體檢查過程中，首先要將聲測管埋在監(jiān)測通道中。然后，在對聲測管進(jìn)行徹底清洗后，必須在聲測管中放置一定數(shù)量的清水介質(zhì)作為耦合物。應(yīng)當(dāng)指出的是，在灌注過程中不得發(fā)生外泄。 在完成上述行動后，需要使用超聲波發(fā)射機，并通過發(fā)射探頭和接收探頭同時發(fā)射和接收超聲波信號。在測試結(jié)束后，工作人員通過對頻率參數(shù)、波形等等進(jìn)行全面分析，獲得有關(guān)橋梁物理混凝土缺陷的性質(zhì)的準(zhǔn)確信息。例如，如果需要測量的橋樁混凝土出現(xiàn)裂縫等問題，超聲波傳遞期間阻抗值將會大大降低，超聲波的傳播速度將會降低。在這種情況下，接收器收到的超聲波、聲波時間等參數(shù)將會異常顯示出來，工作人員就可以通過變化的數(shù)據(jù)分析并確定橋梁樁基混凝土中的缺陷[3]。

3.1 好處與弊端的辨析

首先來探討一下超聲波透射法在橋梁樁基檢測中的優(yōu)點。其可以很準(zhǔn)確的監(jiān)測出大型樁柱的質(zhì)量問題，比如，在監(jiān)測過程中有一根直徑大于或等于0.8m 的樁柱，普通的監(jiān)測方式無法準(zhǔn)確的監(jiān)測出其有沒有質(zhì)量問題，但是超聲波透射監(jiān)測就不存在類似問題。因為它可以不受樁長、樁徑的影響。而且在監(jiān)測過程中不會因為監(jiān)測到一個問題就停下，然后再繼續(xù)這種現(xiàn)象不會出現(xiàn)在超聲波透射法上面。因為，它具備可以一次性監(jiān)測出所有問題的能力并可以將更細(xì)微的問題發(fā)現(xiàn)。同樣這種監(jiān)測方法的弊端也非常的明顯，因為要放置側(cè)身管從而會增加測驗費用，對施工造價有著一定的影響。

此外，預(yù)先埋聲測管的效果將會影響到監(jiān)測結(jié)果。因此，在采用超聲波透射檢測方法時，對預(yù)埋聲測管質(zhì)量必須進(jìn)行嚴(yán)格管控，以避免出現(xiàn)聲測管被堵等問題。還有一種弊端是，由于測試項目多，會產(chǎn)生很多的相關(guān)測試數(shù)據(jù)，這將會給工作人員的后期工作帶來一定的壓力。與反應(yīng)應(yīng)答波等探測技術(shù)相比，相對應(yīng)變反射波法等檢測技術(shù)而言，聲波透射法的操作簡單、方便，檢測數(shù)據(jù)更加精確、可靠[4]。

4 工程應(yīng)用分析

4.1 工程概況

圖3 聲波透射法檢測

本項目涉及江西省高速公路橋梁樁基工程。高速公路總長約150km，設(shè)計速度可達(dá)100km/小時。由于沿線的地質(zhì)和地形限制，在設(shè)計過程中決定采用樁基礎(chǔ)形式對橋墩結(jié)構(gòu)的施工。地質(zhì)勘探報告顯示，工程地質(zhì)環(huán)境對于進(jìn)行橋梁樁基工程相對復(fù)雜，地下水線比較高，因此對樁基的質(zhì)量有嚴(yán)格的建造要求。此外，在一些地區(qū)，有著較厚的分紅層和淤泥黏土層分布。經(jīng)過深入的分析，我們決定使用摩擦類型的鉆孔灌注樁。該項目樁基的長度在5.4m 至100m 之間。在檢驗過程中，對于現(xiàn)場直徑較大、長度較大的樁基，對其的施工質(zhì)量監(jiān)測主要是通過聲波透射方法進(jìn)行檢驗的[5]。

4.1.1 測試前準(zhǔn)備

測試前準(zhǔn)備的方向有兩個，一個是要對測試的現(xiàn)場進(jìn)行排查確保，后期監(jiān)測的時候不會因為環(huán)境的因素影響到測試的效果。另一方面，儀器與超聲系統(tǒng)之間的延遲時間是在檢查前通過標(biāo)定法校準(zhǔn)來檢查。此外，工作人員還計算和校正了測聲管的高度和耦合的水層。

4.1.2 清洗聲測管

在進(jìn)行樁身混凝土的檢查之前，首先要做的就是將聲測過內(nèi)打掃的一干二凈，只有這樣才能完整的對其進(jìn)行分析。

隨后，為了避免影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須保護(hù)聲波管不受碎石等雜質(zhì)掉落的影響。此外，清潔可以使用高壓泵和真空壓縮機等設(shè)備，但是水必須是干凈的。如果在清洗過程中使用了含有沙子的混合水，那么樁基底部的聲測管道可能會產(chǎn)生影響測試結(jié)果的泥沙沉淀。在沖洗完聲測管后，工作人員需要測量沖洗深度，并根據(jù)實際測量記錄，之后，工作人員必須給聲波管灌滿干凈的水，并且將出入口進(jìn)行封閉，以防止沙子進(jìn)入聲波管[6]。

4.1.3 應(yīng)用效率分析

在對應(yīng)用效果的分析中，研究對象被選為這個項目的樁基之一。該樁長為56.5m，樁基的直徑為1000mm。樁基混凝土的強度是C30。在檢索樁基完整性的過程中，共安裝了3 個不同的聲測管，不同測點之間的距離為0.25cm，監(jiān)測時間是該樁基的28d 齡期。該樁基的實測曲線探測數(shù)據(jù)顯示，1-2 剖面的聲速為4.289m/s，平均波幅為101.34db。1-3 剖面的聲速為4.171m/s，但平均波幅為101.88db；2-3 剖面聲測值為4.460m/s，平均波幅為102.19db。以上監(jiān)測數(shù)值均為平均值。

5 結(jié)語

聲波透射法在橋梁樁基的混凝土監(jiān)測中起到的是至關(guān)重要的作用。特別是在大的直徑，超高長度，特殊的地質(zhì)環(huán)境中，其監(jiān)測效果并不受樁基的長度，直徑等許多外在因素的影響。所以，當(dāng)下最重要的事就是加快對聲波透射法的開發(fā)和研究。還應(yīng)該在正式的監(jiān)測時間段里將聲測管清洗干凈，對聲測管出現(xiàn)故障的問題進(jìn)行嚴(yán)格處理，做好線對和拉線作業(yè)，提高橋梁樁基工程的檢測質(zhì)量和效率。