橋梁混凝土超聲波檢測技術在樁基檢測中的應用

李文忠

（安徽高速公路試驗檢測科研中心有限公司， 安徽 合肥 23000）

0 引言

橋梁工程的建設規模越來越大，對質量安全也提出了更高要求。要確保樁基基礎部分的安全性與穩定性，還需采用適宜可靠的技術手段，對其進行全方位的檢測，提高質量控制工作的落實成效。在樁基檢測中引入超聲波檢測技術，能夠對目標結構的各項強度參數進行準確檢測，獲取精準真實的數據結果，為后續施工工序的順利開展奠定堅實基礎。

1 橋梁樁基混凝土超聲波檢測技術原理

借助于超聲脈沖發射源，向混凝土內部射入調頻彈性脈沖波，然后通過專門的接收系統，對脈沖波在混凝土內部傳播過程中呈現出的波動特征進行接收，并予以準確記錄，這就是超聲波檢測技術的基本原理。將超聲波檢測法應用到樁基檢測中，主要是結合波的傳播特點，其中混凝土樁基起到彈性介質的作用，當樁身各橫截面或內部穿過超聲波時，即可獲取相應的參數信息，與檢測儀器相配合，即可有效地處理脈沖信號形式的檢測數據，進而對混凝土樁基結構內部是否連續、完整進行評估與判斷[1]。

2 樁身混凝土質量與超聲波聲參量的關系

超聲波透射是超聲波檢測技術的核心所在，在整個樁基檢測過程中，其主要根據混凝土的變形能力、強度性能等物理學特征指標，得出相應的聲參量，作為判斷橋梁混凝土質量情況的理論依據。在混凝土中，超聲波多沿著縱軸方向，貫穿整個內部橫截面，通過以信號發出的方式將對應的聲學參數反饋出來，對于技術人員來說，便應根據獲取的數據內容，對樁身內部結構的完整性、強度等予以判斷。在混凝土起到傳播介質的作用時，其會將在內部傳播的部分聲波予以吸收，一方面聲波會繼續擴散，另一方面擴散的強度會逐步衰減。在應用超聲波技術檢測樁基的過程中，各類聲參量的獲取與混凝土質量間存在著相互作用。超聲波在混凝土內部沿著縱向進行傳播的過程中，聲波可能呈現出的現象主要分為三種，一是反射，二是繞射，三是衰減，這主要說明混凝土內部屏障對聲波產生干擾，直觀反映出了缺陷的存在與實際狀態。由于樁基檢測階段內形成的聲參量存在較大差異，因而便于對混凝土內部的不同位置處的連貫性、完整度等予以判斷，確保樁基結構存在的質量安全問題能夠被及時發現。除此以外，要想判斷樁基的質量性能是否完好，還需結合獲取的波形曲線形態，若主頻峰值突出，且形態圓滑，波現象不存在明顯異常，則說明混凝土樁基內部不存在嚴重缺陷。

3 橋梁樁基混凝土超聲檢測技術的檢測方法

檢驗混凝土樁基的連貫性、完整性過程中，對超聲波透射法的應用最為常見。在現場檢測階段，多會使用到雙孔法，工作人員需要對聲測管預埋的具體數量（如表1）、主要位置等予以明確（如圖1），通過平測、斜測等方式進行認真觀測[2-3]。

在選擇聲測管時，應結合橋梁樁基混凝土工程施工的實際情況，優先考慮對鑄鐵管材質管材的使用。在正式使用前，需尤為重視對其管壁厚度的掌控，鑄鐵管接頭部分需平整、牢固地焊接，確保管內存有充足的空間，為換能器的自動伸縮提供便利條件。在聲測管的布置作業階段，需選定鋼筋籠的主筋，將其牢固地綁扎在上面。

聲波儀器的內部組成較為復雜，除了計算機、聲測管等基本部分，還包括發射、接收轉換器等（如圖2）[4]。

圖1 布置聲測管

表1 聲測管的埋設要求

圖2 超聲波測樁工作原理

4 橋梁樁基混凝土超聲波檢測技術的界定標準及實例

4.1 界定標準

針對橋梁工程樁基動測工作，相關的標準規范已明確了技術規程，對于檢測人員來說，需要嚴格遵照標準要求，根據超聲波反饋的波形特點、聲參量等數據信息，準確地評估并判斷樁身內部的缺陷程度，結合給出的標準規程，劃分混凝土基樁的完整性等級。例如，若樁基外觀完整度較高、混凝土樁身不存在明顯缺陷，其整體結構的使用功能未受到負面影響，觀察波幅、波形不存在顯著的異動現象，則可以判定此類樁基為Ⅰ類樁。若樁基具有較為完整的外觀形態，混凝土結構功能受到的影響也較為輕微，波幅值不超出標準范圍，波形正常的情況下樁身使用正常，則劃定此類樁為Ⅱ類樁。

若觀察到樁基外觀部分存在的缺陷較為明顯，混凝土結構的承載力不強，受到較為明顯的破壞與影響，且波幅值比臨界值小，波形存在嚴重的變形現象，則應判定此類樁基為Ⅲ類樁。若是樁基的功能性受損較為嚴重，且外觀也存在十分明顯的缺陷情況，整個結構的承載性能大幅下降，波形出現嚴重變形現象，波幅值不在臨界范圍內，則劃分此類樁基為Ⅳ類樁[5]。

4.2 工程檢測實例

利用超聲波檢測技術，探測某2000cm 樁身長度的嵌巖樁，發現從樁頂向下至樁底結束的整個范圍內，各個階段的聲速值、波幅值都不存在明顯異常，處于正常范圍內，因而根據樁身完整性的評估標準，可以判定其為Ⅰ類樁。借助于取芯檢測法探測樁基，可以得知整個樁基樁身具有較為完好的膠結狀況，因此樁基的質量安全達到合格基準。

借助超聲波探測技術探測某1750cm 樁身長的嵌巖樁，發現其內部存在較為嚴重的缺陷情況，從樁頂向下至樁底的部分位置處，波幅值、聲速值等參數量均小于臨界值，呈現出異常的波形狀態。根據樁身完整性的評估標準，判定這一混凝土樁基為Ⅲ類樁。取芯檢測此樁基可以得知，整個樁身范圍內部分位置處的混凝土并未完全膠結，且部分位置處的混凝土存在離析現象，這說明這一混凝土樁基的質量情況并不符合規范標準。

利用超聲波技術檢測某1900cm 樁身長的嵌巖樁，通過初測、復測兩階段的全面檢測工作后，發現其在局部位置處出現較為明顯的缺陷現象，從樁頂向下至樁底部分的整個范圍內，部分位置處剖面的聲速值、波幅值都小于標準的臨界值，但若是觀察其波形，則可以發現沒有發生明顯的異常現象。雖然樁身內的缺陷是明顯存在的，但并未對整個混凝土結構的正常使用帶來嚴重影響。取芯檢測這一樁基，可以得知混凝土膠結呈現較為良好的狀態，因此其質量安全水平達標，屬于Ⅱ類樁。

5 超聲波檢測技術的應用注意事項

在橋梁混凝土樁基施工的過程中，需針對聲測管的使用采取相應的保護措施，避免外部因素損壞聲測管，如果其存在異常情況，則在實際檢測樁基的過程中可能導致設備探頭被卡住，難以向樁底部分深入。與此同時，砂漿、混凝土等施工材料也可能滲入到聲測管內，引發堵管現象。在養護處理混凝土的施工階段內，需在聲測管的管口部分處覆蓋，一方面是防止異物落入聲測管內，進而導致管道被堵塞，另一方面是避免雜物滲入換能器，導致出現耦合故障問題。

在超聲波聲測管的埋設施工階段內，需使得每個聲測管間保持對稱平行的狀態，尤其是在聲測管內部，探頭應可以在同步狀態下進行自由伸縮，技術人員能夠參照樁基的直徑大小，對適宜埋設的聲測管數量進行精準判斷。例如在樁徑大小不超過80cm 的情況下，適合設置兩根聲測管；若樁徑大小超出80cm，但不超過160cm，應控制聲測管數量在三根左右；若樁徑大小超出160cm，那么埋設的聲測管數量最少不少于四根。

在成樁后，需要將其靜置28 天，然后再利用超聲波檢測技術進行探測。在正式開展檢測作業前，應開挖處理樁頭部位，將表面磨平，為后續檢測作業的順利進行奠定良好基礎。

除了換能器，數據采集裝置也是超聲檢測設備中的重要組成部分。在組織開展檢測作業前，需嚴格地校對所用檢測儀器的性能參數，并借助于律定試驗的方式，對檢測過程中波形、聲時的清晰度、準確性予以評估和判斷。參照成樁的相關設計標準，對換能器的精度情況予以確定即可。

分析超聲頻譜，是樁基檢測工作中的要點環節，其主要是對不同頻率分量的不同幅度進行解析，在此基礎上，獲取準頻率幅度的最大值，以截取分析的方式解析不同波列長度，最終得出頻譜對應的曲線圖。在對頻譜進行分析的階段內，技術人員需要充分考量到疊加波、漏波等因素，綜合考慮分辨率等條件因素帶來的影響，確保獲得準確可靠的檢測結果。對樁基結構的質量性能進行檢測時，工作人員需要科學地選擇采樣頻率，保證頻譜信號分析的精準性。

6 超聲波檢測技術的局限性

將超聲波檢測技術應用到樁基檢測作業中，一般情況下可以順利地將混凝土內部結構存在的缺陷情況快速準確地檢測出來，但受到技術條件的制約，其主要能夠對兩根聲測管之間混凝土的狀態進行檢測，并評估、判定其完整性，難以對樁基擴徑范圍內結構存在的缺陷問題有效地檢測出來。因而在樁基檢測的實際工作過程中，超聲波檢測技術的應用具有不可忽視的局限性。技術人員在檢測樁基部分混凝土的質量情況時，亦或是檢測嵌巖樁、支撐樁的完整性時，均可以以使用超聲波技術方法為基礎，與低應變反射這一檢測技術結合起來，通過檢測獲取樁端支撐數據參數后，再以橋梁工程樁基施工的設計標準和規范要求為基準，對樁基的承載性能是否達標予以精準判定。

7 結束語

在橋梁樁基檢測作業中引入對超聲波技術的應用，有利于提高檢測工作的效率與準確度，也便于現場操作。與此同時，超聲波的穿透性較強，符合大多數橋梁工程樁基檢測工作的規范要求，確保技術人員可以獲取更為真實、準確的數據結果，全方位把握混凝土結構中缺陷的范圍、位置等具體情況。