鐵路橋梁混凝土超聲波檢測技術在樁基檢測中應用探析

摘要：利用有效的檢測技術進行混凝土不同種類強度參數和結構完整性檢測，是提升鐵路橋梁質量安全的關鍵環節[1]。結合鐵路橋梁混凝土超聲波檢測工程實例，先從超聲波檢測技術原理等方面入手進行概要分析，進而提出超聲波檢測技術應用依據，并針對時下主流的鐵路橋梁超聲波檢測技術在樁基檢測中的實際應用展開具體論述，對超聲波檢測關鍵環節進行質量控制分析。

關鍵詞：鐵路橋梁;超聲波檢測技術;樁基檢測;實際應用

0" "引言

國內鐵路橋梁建設工程結構多為樁基結構設計，作為鐵路橋梁的關鍵部位，樁基結構質量在一定程度上決定了橋梁的強度、穩定耐久性，乃至橋梁整體性能[2]。鐵路橋梁施工環境多為多變地質，環境情況復雜，受施工能力、技術水平等因素影響，易導致橋梁樁基出現混凝土強度不達標、混凝土離析等質量問題。超聲波檢測技術是當前主流的鐵路橋梁混凝土樁基無損檢測技術，可實現橋梁樁基整體質量測評，是保證鐵路橋梁樁基混凝土質量的有效控制手段。

1" "鐵路橋梁超聲波檢測技術分析

1.1" "超聲波檢測技術優勢分析

當前，鉆芯取樣技術、大應變技術、靜載技術、小應變技術是較常見的混凝土樁基檢測方式，但由于以上檢測技術工序復雜、檢測成本高、檢測結果準確率低，且只適用于小范圍的抽樣檢測，因此難以達到預期的檢測效果[3]。超聲波檢測技術具有檢測效率高、檢測實施便捷、檢測結果準確等技術優勢，可對具備高隱蔽性、高復雜性、易出現質量缺陷等特點的鐵路橋梁樁基實施完整性精準檢測，有利于保障鐵路橋梁樁基施工質量。

1.2" "超聲波檢測技術實現原理

應用超聲波檢測技術進行鐵路橋梁樁基檢測，主要通過超聲波檢測設備完成。其主要包括超聲脈沖波發射源設備、超聲脈沖接收設備、聲測管線及計算設備。利用發射源向混凝土樁基發射的高頻脈沖彈性超聲波，經過樁基混凝土內部結構反射，并利用超聲波檢測設備高精度聲波接收裝置接收，從而準確記錄高頻彈性脈沖波在混凝土內部的傳導，經過計算裝置精確分析、處理呈現傳導脈沖特性[4]。其工作原理如圖1所示。

實際檢測時，將超聲波檢測器聲測管線安裝在樁基側，將發射源探頭和接收探頭置于聲測管線，注入清水實現耦合。按一定周期發射電脈沖，并與發射換能裝置壓電體綜合轉換為高頻彈性超聲脈沖。利用脈沖在樁基混凝土的傳導，準確收集主頻、波幅、頻譜、波形等脈沖參數數據，經過數據處理設備的一系列數據分析、處理，形成超聲波脈沖信號所反映的混凝土質量缺陷位置、特性、影響范圍等參數的判別，呈現混凝土整體勻稱性、強度情況的評測結果指標結論。鐵路橋梁樁基實際超聲波檢測如圖2所示。

超聲波透射法是較常用的鐵路橋梁混凝土樁基連續性、整體行檢測方法。因為現場實施檢測時，需要配合預埋使用至少雙孔聲測管線，又被叫做雙孔檢測。

該方法觀察方式可選擇評測角度觀察或傾斜角度觀察，并可根據橋梁樁基樁徑的大小適當增加聲測管線的根數。樁徑在0.80m以下時，通常設置兩根聲測管線;樁徑在0.8～2m區間范圍時，通常設置3根聲測管線;樁徑在2m以上時，通常設置4根聲測管線。聲測管線預埋位置如圖3所示。

2" "鐵路橋梁混凝土超聲波檢測劃分依據

依據《公路工程樁基動測技術規程》實施規范及鐵路橋梁混凝土樁基實際，利用超聲波檢測技術完成對樁基樁管間混凝土質量缺陷檢測。根據檢測結果分析高頻脈沖波形特點，根據超聲波波幅大小、傳播速度、臨界標準值對應關系，形成樁基整體缺陷分析結論。如果聲測剖面超聲波波幅及傳播速度大于標準值，則證明樁基完整性良好，可正常使用。如果個別某處生產剖面超聲波參數小于標準值，證明樁身存在輕微缺陷，對使用不產生影響。如果超聲波聲測剖面超聲波參數呈連續位置小于標準值，證明樁身存在較大缺陷，影響樁基正常使用。根據樁體質量缺陷程度，形成如下樁基完整性判定劃分依據：

參考依據樁基外觀，樁體整體結構完整且使用性能正常，每個高頻脈沖聲測坡面聲速波幅參數數值呈現明顯超出要求的臨界標準值。參考依據樁基外觀，樁體整體結構完整且可正常使用，但外觀呈現破損跡象，且某處檢測位置超聲波波幅并沒達到所要求的臨界標準值，波形呈現正常情況。

樁基外觀呈現較明顯質量缺陷，嚴重影響樁體承載，并在某處檢測位置超聲波聲測剖面陸續發生波幅未達到要求臨界標準值的現象，深度曲線斜率檢測呈現異常，波形呈現非正常狀態波動。樁基外觀缺損嚴重，樁體結構難以正常承載，無法滿足正常功能，并在某處檢測位置超聲波聲測剖面，超聲波波幅值及聲色沉陷出現較大變化波動，波形形變十分嚴重，質量問題較嚴重。

3" "鐵路橋梁超聲波檢測技術在樁基檢測中的應用

3.1" "鐵路橋梁混凝土樁基檢測準備

3.1.1" "超聲波檢測管線埋設

超聲波聲測管線是超聲波檢測樁基中用于換能設備的通道，利用超聲波檢測技術進行鐵路橋梁樁基混凝土質量檢測，應預先進行聲測管線埋設。管線主材應優先選擇金屬材質，連接方式選擇螺紋連接，聲測管線內直徑應不小于換能設備外直徑15mm。通常聲測管線采用類似鋼筋籠的綁扎模式，封閉處通常不低于樁身300mm位置，以避免雜物進入到管線內。聲測管線數量決定了樁基探傷精度及探傷剖面數量。

3.1.2" "超聲波檢測設備準備

超聲波檢測設備是影響鐵路橋梁混凝土樁基檢測結果的關鍵，通常包括聲波檢測儀器、能量轉換器、計算設備及檢測管線。在實施正式檢測前，應調節修正超聲波檢測設備，保證檢測涉及的延遲時間、超聲波傳播時間等參數，滿足檢測規范標準及實際工程檢測需求。

3.2" "超聲波檢測技術工序實施

針對鐵路橋梁樁基不同剖面實施檢測時，應通過先平測，檢測出樁基異常參數剖面位置，再進行更加精細的加密平測、扇形掃測或傾斜檢測的等方式完成。平測剖面時，應保證超聲波檢測設備、發射和接收換能設備，在聲測管線內部同時完成升降。傾斜測量剖面時，應將發射、接收換能設備置于差異高度的管道中，并完成設備的同時升降，檢測不同檢測位置的異常參數值，從而準確定位混凝土樁基缺陷區域。

扇形掃檢測主要通過將發射換能設備置于指定高度，使其他測線點呈現扇形剖面狀檢測。扇形掃檢測中不同檢測點的測距不同，雖然可通過變換波速完成比對，但不適用于超聲波幅度比對，只能單純憑借鄰近檢測點位波幅曲線的參數突變，分析、判斷是否存在混凝土質量缺陷。

3.3" "超聲波檢測參數結果測評

根據對不同檢測點位超聲波檢測得到的波幅值、聲速值等參數，與樁基高度的對應關系曲線形成混凝土樁基缺陷測算，通過對檢測參數的分析、計算，得出樁基的質量評測結論。

3.3.1" "混凝土強度參數結果測評

根據檢測數據中的混凝土抗壓強度參數同混凝土彈性模量參數的對應關系，確定超聲傳播速度，即超聲波聲速同混凝土力學參數指標、混凝土抗壓強度之間存在關聯，并可根據表1的標準判定混凝土強度。

3.3.2" "根據超聲波傳播速度參數判別樁基混凝土缺陷

根據概率法計算得出超聲波傳播標準臨界值。質量合格混凝土超聲波傳速臨界參數具備離散特性的特點，在聲速臨界值確定過程中，應通過質量合格混凝土標準差參數和聲速均值參數界定，以避免獲得的聲速均值過小而引起數據遺漏。

3.3.3" "根據超聲波波幅參數判別樁基混凝土缺陷

超聲波波幅參數應通過對比得出，一般超過半數的波幅數據是由檢測獲取的。如果波幅臨界值較小，應取平均值6dB作為臨界值，根據臨界值判定缺陷待定范圍。

混凝土質量缺陷的聲時參數變化會引起深度曲線斜率增加，同時聲時參數變化能夠反映缺陷程度，所以根據深度曲線斜率參數，可輔助判定混凝土質量缺陷。當斜率在某檢測點位產生較大波動時，可判定為缺陷待定區域。

3.3.4" "超聲波波幅、傳播速度及PSD參數評測

一旦某混凝土樁基檢測點位判定為波幅異常且為缺陷待定區域，應利用更加精細的加密平測、扇形掃測或傾斜檢測的等方式完成后續檢測，利用波幅測算數據判定缺陷的準確方位和等級。如果超聲波波幅、傳播速率、深度曲線斜率等參數與臨界值差距較大，應結合施工技術、波形等數據，完成混凝土缺陷等級和方位的確定。如果波速連續低于臨界值，應借助鉆孔取芯方式進一步測算混凝土強度參數。

3.4" "超聲波檢測技術在鐵路橋梁樁基的檢測應用

超聲波聲測管線埋設過程中，應保證測管間保持水平對稱狀態，以實現探頭在管內的隨意移動。聲測管數量應根據樁基管徑密度確定。做好超聲波聲測管線的防護，加裝聲測管口蓋，以免阻礙檢測儀器探頭移動。限制探頭伸入柱低部位，并防止由于雜物進入導致管線堵塞及傳感器失效等問題。

實施超聲波檢測技術應用，應在鐵路橋梁樁基混凝土施工結束后的4周內進行。檢測工序應按照挖樁、破樁、找平、檢測的順序。樁清除過程中應避免雜物進入聲測管線。針對包含傳感器元件及數據采集元件的超聲波探頭，應保證元件的質量達標，并應選擇設計標準的測試模式完成測試，保證超聲波測量的數據準確，波形清晰。

聲測管線應與鋼筋籠綁扎牢固，用鉛絲緊固，間距應保持在3m。主筋側設置U形定位，以避免鋼筋籠使用時產生互相碰撞，從而引起聲測管線的堵塞或形變。依據設計標準確定聲測管線厚度值，并保證管壁剛性及管接頭位置焊接質量，保證聲測管線內徑空間。

實施超聲波檢測技術應用時，應保證聲測管中注滿清水，以免因水渾濁造成超聲波的明顯衰減，延長傳播時長，影響檢測數據的準確率。如果判定樁基存在局部缺陷，應輔助應用低應變技術或鉆芯技術進行樁基完整性測算。

從源頭控制混凝土施工工序，混凝土澆筑時及時情清孔，確保連續澆筑，有效控制樁基底部沉渣厚度，防止出現樁體混凝土離析及施工冷縫等現象，有效避免鐵路橋梁樁基承載力缺陷。

4" "結語

超聲波檢測技術具備準確性高、檢測實施簡便、檢測效率高等優勢，針對鐵路橋梁混凝土樁基結構的驗收檢測應用效果較好，可有效提升混凝土施工質量，保證鐵路橋梁的后期使用功能和質量安全。本文結合鐵路橋梁混凝土樁基超聲波檢測工程實例，從多角度入手，圍繞鐵路橋梁混凝土超聲波檢測技術在樁基檢測中具體應用展開探討，旨在為鐵路橋梁樁基結構檢測實施提供創新思路，為類似鐵路橋梁樁基混凝土檢測方案設計和技術應用提供借鑒。

參考文獻

[1] 張寧鋒，馬安財.鋼管混凝土柱超聲波檢測技術實踐應用[J].中國建材科技，2019，28（4）：6-7+13.

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[3] 王君，楊杰.超聲波CT技術在某橋混凝土構件無損檢測中的應用[J].西南公路，2018（3）：98-101.

[4] 沈克義.超聲波技術在橋梁施工檢測中的應用[J].工程技術研究，2018（3）：59-60.