超聲波透射法在橋梁樁身完整性檢測中的應用

李 燕

(山西交通控股集團有限公司晉城高速公路分公司，山西 晉城 048000)

1 超聲波透射法檢測原理

超聲波透射法適用于樁徑在0.8 m以上的鋼筋混凝土樁基完整性檢測。超聲波屬于彈性波，檢測中將混凝土介質看作是彈性體，聲波在樁基內部傳播可以看作是彈性波傳播。超聲波通過發生探頭發射出去，通過水的耦合作用傳遞到聲測管，進一步傳遞到混凝土介質中，最后到達聲測管的接收端。通過接受換能器接受聲波信號，轉化為電信號，最后將電信號傳遞到超聲檢測裝置。

如果混凝土內部缺陷，產生的不連續界面會阻礙聲波的傳遞，從而產生發生繞射與散射，造成聲波能量損失。若樁基混凝土內部存在孔洞，聲波傳遞進去會產生散射或繞射，聲時延長，振幅與波速都會產生衰減。通過聲波的發出時間和達到時間，結合聲波的頻率、波形畸變程度和能量衰減情況計算檢測范圍內的混凝土聲學參數。通過分析不同檢測剖面和不同高度的聲波特征的檢測結果進行分析處理，可確定樁基混凝土的強度，缺陷的性質和空間位置。

2 樁基完整性檢測

2.1 超聲波透射法檢測方法

由于受到樁基內部結構和外部環境的影響，樁基在施工過程中可能出現很多質量缺陷。根據彈塑性介質中波動理論，超聲波檢測結果可以通過混凝土內部超聲波波速和振幅的變化確定樁基的完整性，超聲波透射法應力波波速計算公式為

式中：E—介質的動態彈性模量；ρ—混凝土密度；μ—泊桑比。

樁基完整性檢測的理論依據是超聲波在樁基混凝土的傳播參數與混凝土的物理力學性能直接相關，可通過分析確定樁基缺陷的性質和位置。超聲波的傳播參數包括聲時、聲速、波幅、衰減系數等，當樁基內部混凝土均勻、密實時，傳播系數基本保持一致。當混凝土存在缺陷時，超聲波會在缺陷部位產生繞射、反射、衰減，導致傳播參數產生變化。采用高精度的超聲波檢測儀，可準確記錄超聲波的傳播參數的變化情況，根據聲波檢測結果可對樁基完整性進行判定。

2.2 聲測管布置

超聲波透射法進行樁基完整性檢查是，需要在樁基布置聲測管，聲測管的數量與樁徑有關，當樁徑D≤750 mm時，聲測管數量為2根；當樁徑7501 500時，聲測管數量不少于3根。聲測管長度與樁長對應，第一根聲測管A對應正北方向，聲測管布置如圖1所示。

圖1 聲測管布置示意圖

采用超聲波透射法對樁基完整性進行檢測時，從樁底開始每隔一定高度選取一個剖面進行檢測，且滿足發射與接收換能器累積高差不得超過2 cm。檢測時如發現讀數異常，應加密測點，進行校正。

2.3 樁身完整性判定標準

根據超聲波傳播參數的基本特征，可對樁身完整性進行判定，根據超聲波波速、波幅情況，可將樁基分為以下四類。

(1)Ⅰ類樁。Ⅰ類樁樁基超聲波檢測結果顯示波速、波幅值均高于臨界值，波形正常，各檢測斷面聲學參數無異常，說明樁基完整無缺陷。

(2)Ⅱ類樁。這類樁超聲波檢測結果顯示波形基本正常，個別波速、波幅略小于臨界值，個別檢測斷面聲學參數存在異常，說明樁基局部存在輕微缺陷，不影響樁基的承載力，可以正常使用。

(3)Ⅲ類樁。這類樁超聲波檢測結果中波速變化不嚴重，但檢測斷面存在多個測點波速、波幅小于臨界值的情況，且存在兩個或兩個以上檢測剖面在同一位置的聲學參數存在異常，說明樁基局部存在較嚴重的缺陷，會降低樁基承載力，需要進行處治后方可使用。

(4)IV類樁。這類樁超聲波檢測結果顯示波形出現嚴重畸形，且某一個檢測剖面出現連續測點明顯低于臨界值，且且存在兩個或兩個以上檢測剖面在同一位置的聲學參數存在明顯異常，首波波速很低，甚至檢測不到，波速曲線接近直線，說明樁基存在嚴重缺陷，不能正常使用，應當做報廢處理。

3 樁基完整性檢測分析

3.1 案例

某特大橋設計采用(20×25)m預應力小箱梁，樁基礎施工采用鉆孔灌注樁工藝。橋梁樁基共計44根，施工區域工程地質情況良好。鉆孔灌注樁設計樁徑1 500 mm，樁身采用C30混凝土，樁長15 m。為了便于檢測樁基施工質量，施工中在樁身埋設3根聲測管，呈等邊三角形布置。樁身采用超聲波透射法進行檢測，每隔500 mm檢測一次，選取部分樁基檢測結果進行分析。選取樁基三個剖面的檢測結果進行分析，確定樁基檢測的完整性。

3.2 檢測結果分析

圖2 樁基2～1剖面超聲波檢測圖

選取2#、15#、26#樁基的檢測結果進行分析，對應剖面為2～1、15～2、26～2，超聲波檢測結果如圖2～圖4所示。通過對三個剖面檢測結果進行分析，得出樁基剖面聲學參數檢測結果如表1。

圖3 樁基15～2剖面超聲波檢測圖

圖4 樁基26-2剖面超聲波檢測圖

表1 樁基剖面聲學參數檢測結果

分析表1數據和圖2～圖4剖面超聲波檢測圖，得出三個剖面聲速檢測的平均值分別為5.156 km/s、5.267 km/s、4.879 km/s，幅值平均值分別為119.650 dB、120.064 dB、120.120 dB，測量值均大于臨界值，處于正常的取值范圍，各檢測剖面聲速、幅值均勻，且不存在缺陷，說明樁基完整性良好，樁基承載力足夠，判定為Ⅰ類樁。

4 結 語

超聲波透射法可通過超聲波在樁基內部傳遞的的波速、幅值等參數檢測樁基質量，是公路橋梁樁基完整性檢測的常用方法之一。超聲波透射法檢測設備具有較高的靈敏度，且檢測結果也較準確。通過全面闡述超聲波透射法的檢測原理，分析樁基完整性的判斷依據，并結合工程案例分析三個樁基檢測斷面超聲波檢測圖和相關數據，得出各檢測剖面聲速測量值均大于臨界值，未發現樁基存在缺陷，判定為Ⅰ類樁，說明樁基完整性良好，承載力足夠。