超聲波透射法與低應變反射波法在橋梁基樁檢測中的對比研究

廣東省清遠市交通運輸工程質量檢測站有限公司/郭穎佳

橋梁工程建設速度加快，應用多種樁基礎形式，成為基礎設施建設的重要形式。橋梁基礎工程造價，占據工程總造價1/4，控制好基礎工程質量，能夠保障整體工程質量。由于樁基礎比較隱蔽，施工工序復雜，所以對施工技術提出嚴格要求。當前，橋梁基樁工程建設期間，面臨的工程質量問題較多，必須關注樁基檢測問題。混凝土灌注樁施工工藝復雜，基樁工程質量影響因素多，主要表現在樁頂混凝土輸送、夾泥、離析等方面。在工程實踐中，為了確保樁基工程質量與安全，必須準確檢測基樁性能與質量。按照數據統計可知，混凝土灌注樁缺陷率約為20%，因此掌握基樁檢測技術與方法，有助于提升工程建設質量與安全。

一、橋梁基樁缺陷類型與成因

橋梁基樁施工工藝不佳、地質條件復雜，對基樁承載力影響大。第一，斷樁：樁身斷裂、斷開，是基樁嚴重缺陷問題，極大影響基樁承載力。斷樁事故是由于外部壓力大、拔管速度快所致。第二，樁底沉渣厚度大：樁底和巖層間存在軟弱層，且端承樁對樁基承載力影響大，且灌注前塌孔、清孔不干凈，就會不斷積累沉渣，增加厚度。第三，混凝土配合比不合理，和易性不足，導致混凝土骨料不均勻，致使混凝土出現蜂窩狀問題，且含砂量大，影響樁身強度與承載性能。第四，夾泥、擴徑、空洞缺陷，多是由于混凝土材料摻加大量泥土、材料性能與質量控制不足導致。孔壁混凝土灌注操作時，如果地基土粘性大，將會引發輕微塌孔問題。針對缺陷成因與現象問題，必須選擇科學的檢測方法，詳細分析檢測數據，準確判斷樁身缺陷問題。

二、超聲波透射法與低應變反射波法檢測原理

超聲波透射法，是基于波傳播理論進行檢測。當混凝土樁存在缺陷時，混凝土并非均勻整體，且缺陷面極易形成阻抗面，出現應力波反射、折射問題，改變波速與波幅。超聲波透射法，將超聲波發射至聲測管內，當經過缺陷位置時，會產生繞射、散射現象。儀器接收缺陷信息，對比完整信息參數，掌握混凝土內部質量情況。

低應變法，將樁身假設為一維彈性桿，檢測操作前，鑿除樁頂軟弱層，按照樁徑大小，確定傳感器安裝位置。在檢測操作時，錘擊樁頂形成應力波，并且沿著樁身向下傳播。應力波遇到缺陷面時，由于波阻抗變化，入射角出現透射、反射、散射現象。傳感器接收波形，通過波形分析，能夠推測樁長與深度。通過反射波正反向波幅大小，準確判斷缺陷類型。

圖1 超聲波透射法基樁檢測示意圖

圖2 低應變法基樁檢測示意圖

三、超聲波法與低應變法的特點比較

超聲波透射法，低應變反射波法，在基樁檢測中的應用效率較高，且成本低廉，因此被廣泛應用到基樁檢測中。

（一）比較檢測范圍

低應變反射波法檢測時，會受到樁基周邊土質、傳感器、截面阻抗變化等因素影響，應力波從樁頂傳遞到樁底，之后再反射到樁頂，屬于能量衰減過程。當樁身截面大、樁身長度過長時，應力波還未返回至樁頂，就會出現能量耗散情況。分析可知，低應變法主要是檢測樁基長度。在樁長范圍內，應變反射波法檢測效果佳，且樁底反射信號明顯。聲波透射法，不會受到樁長限制，只要可以設置聲測管，就能夠使用超聲波透射法檢測。聲波透射法的聲波頻率高，波長短。在混凝土內部傳播時，能量衰減速度非常快，且傳播距離短。當前，國內生產的換能器，空氣可測距離超過2m，在無缺陷混凝土中，對測穿透距離高達10m。

（二）檢測盲區比較

低應變反射波法，會受到激振方式影響，樁頭附近存在檢測盲區，盲區范圍會受到激振頻率影響。當激振頻率越高，則淺部盲區范圍小。因能量衰減影響，基樁形成深部盲區。超聲波透射法，由于檢測原理問題，盲區為聲測管以外混凝土區，無法準確檢測擴徑、輕微縮徑問題。不管是摩擦樁，還是嵌巖樁，擴徑操作能夠加強基樁承載力。所以，超聲波透射法盲區，屬于聲測管以外縮徑范圍。

四、工程實例分析

（一）接樁處理

某橋梁工程4-1樁，摩擦樁樁徑1.7m，樁長17m，混凝土強度等級C25。低應變反射波法，檢測結果為樁底反射信號，樁身-5m位置存在縮徑類缺陷反射波，混凝土波速比較低。超聲波透射法，檢測結果如下：剖面聲速、波幅曲線，在樁身-4.7～-5.3m存在異常。聲速最低值為每秒3.4km，各剖面缺陷位置聲速，明顯低于臨界值。波幅參數最低值為85.66dB，低于臨界值。按照施工現場反饋可知，該段混凝土接樁處理不佳，判定為Ⅲ類樁。低應變反射波，在-5.0m發現縮徑信號，不能明確缺陷類型與嚴重度。低應變反射波法，對橫向裂縫缺陷的反應程度，明顯高于超聲波透射法。

（二）樁頭輕微離析

某公路橋梁，樁基為嵌巖樁，樁長20m，樁徑1.4m，混凝土強度等級為C30。低應變反射波法檢測，樁身淺部存在縮徑類反射波，樁底反射波明顯。超聲波透射法檢測如下：Ⅱ、Ⅲ剖面聲速，波幅曲線，在樁身-3.1m～-3.5m位置輕微異常。聲速最低值、波幅參數最低值，明顯低于臨界值。通過分析，將其判定為Ⅲ類基樁。針對此類缺陷問題，低應變反射波法的反應明顯。

（三）樁基質量檢測

某公路橋梁，1號樁，樁徑2m，樁長70m，混凝土C30，應用低應變測試。信號分析顯示，樁頂下2m位置缺陷多，樁底反射不明顯。超聲波檢測，波列曲線顯示，1-2剖面、2-3剖面，在樁頂以下2m位置出現缺陷，樁頂距離7m范圍的混凝土質量差；2-3剖面，底部0.5m處的混凝土質量差。

1號樁為淺部缺陷，因此通過開挖方式驗證。通過超聲波、低應變測試可知，針對淺部缺陷，超聲波法、低應變法均可以檢測；然而針對深部缺陷，采用低應變法的局限性較強，當樁長超過標準長度后，則無法應用低應變法。

2號樁，樁基長度為68m，樁徑2m，混凝土C30，應用低應變測試。信號分析顯示，樁頂以下20m位置存在缺陷，樁底反射不明顯。應用超聲波檢測后，波列曲線顯示，1-2剖面、2-3剖面，于樁頂以下20m位的缺陷明顯。2號樁缺陷深度大，為了驗證低應變法、超聲波法測試結果，通過取芯方式進行檢測。針對長樁測試，樁身中部缺陷，均可以通過低應變法、超聲波法檢測。采用取芯檢測方式進行驗證，能夠反映出樁基缺陷問題。

3號樁，樁徑為0.8m，樁長度為20m，混凝土C25，應用低應變、超聲波測試，結果顯示，淺部缺陷檢測中，低應變、超聲波都表現出較大反應。因缺陷影響大，應用低應變方法測試時，應力波傳播的缺陷多，透射到下方的能量少，所以在低應變信號中，只可以觀察到上方4m內傳播，基本無樁底反射。利用破樁驗證可知，在3.5～4.5m范圍內，基樁出現泥沙斷層問題。

五、橋梁基樁檢測的注意事項

超聲波檢測技術，利用超聲波和試件相互作用，研究反射波、散射波、投射波，同時檢測試件宏觀缺陷、幾何特性、組織結構、力學性能等，評價技術檢測應用效果。第一，在澆筑灌注樁之前，需要將聲測管預埋在兩側，按照樁直徑埋設2-3個聲測管，管徑大于探頭。第二，封閉下端，向管內灌注清水，水平放置兩探頭。在樁身上下移動，讀出測點聲時值，明確缺陷異常點位置與范圍。應用超聲波技術，能夠檢測鋼管混凝土注漿密實度，使施工企業盡早采取補救措施，降低不良影響。在測試操作之前，收集基樁施工信息、水文地質資料。針對被測基樁，應當鑿除浮漿，確保樁頭平整度，切除樁頭外露鋼筋，保證樁頭干燥度。選擇適宜的傳感器、激振設備、激振部位，在安裝傳感器時，確保安裝牢固性。選擇適宜的耦合物，比如石膏、橡皮泥等。在檢測樁基之前，選擇不同激振部位，確保采集曲線可靠性。

六、結語

綜上所述，在橋梁基樁檢測中，不管是超聲波透射法，還是低應變反射波法，都具備應用優勢與不足，并且能夠有效作用于橋梁基樁檢測中。對于工程施工人員來說，應當全面掌握超聲波透射法、低應變反射波法的測試原理與應用特點，確保樁基質量與安全測試效果，既可以促進測樁技術方法發展，還可以優化樁基施工技術。