橋梁混凝土樁基檢測中超聲波檢測技術的應用

羅宏

（中鐵一局集團有限公司第三工程分公司，陜西 寶雞 721000）

1 引言

我國提出了大力發展交通事業以提升現代化建設的戰略舉措。在交通工程建設中，打造更加安全可靠的現代化橋梁成為建設施工中的重要一環，無論是在城市立體交通建設中還是在中西部山地丘陵地區的交通設施建設中，橋梁施工技術都被廣泛應用，因此，研發現代工程檢測技術是提升橋梁建設質量水平的重要路徑，對我國現代化建設事業具有重要意義，其中的超聲波檢測技術可以高效地對橋梁樁基質量進行檢測，從而更好地保障現代化橋梁工程的施工質量。

2 使用聲波透射技術進行橋梁樁基檢測的方法

使用聲波透射技術進行橋梁樁基檢測的3種方法分別是：樁內單孔透射法、樁外孔透射法和樁內跨孔透射法。

2.1 樁內單孔透射法

該方法往往作為鉆芯檢測的一種補充手段使用。所謂樁內單孔投射法，就是在樁基內部預留1個單孔，在孔中安裝1個換能器，換能器同時擁有發射裝置和接收裝置，在進行檢測時，通過添加隔音材料對整個系統進行內部隔離，換能器發射超聲波后，超聲波通過耦合劑穿透到混凝土中，最后返回到不同接收器上，通過獲得的聲學參數可有效測量混凝土樁基的內部結構。需要注意的是，當樁基內部有鋼管時，會嚴重干擾測量效果，因此，該方式不能應用于有鋼管結構的混凝土樁基測量中[1]。

2.2 樁外孔透射法

樁外孔透射法適用于沒有換能器孔洞結構的樁基測量中。在測量時，可選擇在樁基外部土層中鉆取1個測量孔進行測量，整個系統同樣具有發射換能器、接收換能器和聲波檢測儀3個部分，安裝時，要將發射換能器貼合在樁基頂部，在鉆取的孔洞中放置接收換能器，這樣接收到的聲波是通過樁基混凝土和土層的聲波形態。

該方法操作簡單，且不會對樁基造成破壞，但在實際操作中發現，聲波在透過土層時衰減速度很快，因此，該方案對發射器的功率要求較高，且不適合長樁基的測量，在檢測方向上，也只能用于判斷樁基是否出現端樁、縮頸等問題，若灌注樁剖面不規則，便會大大增加測量誤測率，因此，該方法需結合測試需求酌情選擇[2]。

2.3 跨孔透射法

跨孔透射法是超聲波透射檢測法中最主要的一種檢測方法，該方法需在樁基內部預埋2根聲測管，測量時在管內注入清水，并在兩管內分別放入發射換能器和接受換能器，在檢測操作中，聲波脈沖從發射換能器透射過混凝土和耦合水后到達接收換能器，能接收到的聲波范圍就是有效的檢測范圍。

該檢測方式雖需預留2根聲測管，但在實測中具有諸多優勢，主要體現在能夠極大地提升檢測工作的靈活性。在實際檢測中，可通過同步提升發射換能器和接收換能器高度的方式進行平測，逐步完成對整個樁基的測量。另外，還能讓發射換能器和接收換能器之間形成高度差，讓測量聲波形成一定的斜角，在測量到內部裂紋和異物時，可不斷調整高度差形成不同的聲波網，對裂紋點數據進行交叉測量，以得到更精準的測量數據；還可以通過固定一點，只移動另一點的扇形測量方式，收集大量數據信息，能夠大大提升測量的精準度和可靠度[3]。

3 基于實際工程的測量和數據分析

3.1 工程概況

廣西天峨縣天峨四橋工程，橋梁總長459 m，為4×20 m連續梁+（70+192+110）m的高低塔三跨中央雙索面斜拉橋。大橋采用雙向4車道，橋梁全寬24.5 m。橋梁總樁數為44根，樁徑為1200～2800 mm，其中，6#主墩樁徑2800 mm。

此次測量的橋梁樁基采用鉆孔灌注樁，樁基樁徑2.8 m，樁長20 m，內部有預埋聲測管4根，檢測工作選擇在灌注完成后4周進行。

3.2 檢測準備

檢測準備主要從技術調研、環境控制和儀器準備3個方面進行。

1）在技術調研中，先深入了解了此次橋梁工程的樁基特點，其預埋的4根聲測管呈正方形布置，多個聲測管的布局非常適合采用跨孔透射法，在具體技術上結合以往檢測經驗，并吸收借鑒了該布局狀態下優秀的聲波測量分析技術，重點探討了消除疊加波提升檢測精確度的有效措施，為現場實測做好了技術準備，并制訂了適用于現場測量的初步方案。

2）在環境控制方面，主要操作是定時檢測樁基固化效果，保證其固化水平能夠充分達到超聲波測量要求，然后在樁頭部分先進行了一定的開挖和破除樁頭操作，并對表面進行了磨平，為后續檢測做準備，同時，檢測并清理聲測管內部雜質，保證其后期檢測結果的精確性。

3）在設備的選擇上，選用了超聲波儀及徑向振動換能器，本橋梁樁基超聲波檢測采用ZBL－U5600便攜式超聲儀，該儀器是常用混凝土超聲波探測儀的改進版，具有很好的通用性，能有效完成混凝土缺陷檢測、基樁完整性檢測、結合面質量檢測、材料物理力學性能檢測等多項檢測，在換能器選擇上，選用了發射縱波的振動換能器。

3.3 現場檢測

現場檢測內容主要包括以下3項：（1）聲測管的平行性測量，檢測各個聲測管是否完全平行，實測顯示4根聲測管的平行數據較小，但在誤差可控范圍內；（2）聲測管之間的距離關系，以及聲測管在樁基中距離外壁的實際距離，測量結果為聲測管之間的距離為2360 mm；（3）測量聲測管的管徑為57 mm，管壁厚度為3.5 mm，考慮到管壁厚度對測量結果影響不大，因此，該數據被預留到后期的誤差分析中使用。

在正式開始檢測后，先采用了平測的方式。在測量中，采用同步提升發射換能器和接收換能器的方式進行測量，為了降低誤差，在同步提升中使用了水平儀進行校準，在發射波的控制中，為了保證測量效果，整個過程都在根據需求實時調整頻率和振幅，頻率通過發射器數據進行控制，振幅則根據聲波監測儀的監測結果進行相對控制。在偵測到異常缺陷時，記錄高度數據，完成第一組測量后，對剩下的管道進行兩兩測量，將獲取的數據輸送到呈現儀中建立大體的數據模型，將定性分析轉化為定量分析[4]。

3.4 數據分析

數據分析的主要內容是：分析聲速數據、波幅數據和PSD（Power Spectral Density，信號的功率譜密度）判據對樁基質量進行綜合評定。測量結果的數據表內容過于龐大，表1中是部分檢測結果。

表1 部分檢測結果

在振幅方面，數據參考表2，此次測量中平測的衰減標準為衰減6 dB，在測試中發現僅有一處存在衰減略微超過6 dB平均值的情況，其位置被標記為疑似缺陷區，在后續的斜角測量和扇形測量中鎖定了大致區域并確定了其缺陷的種類完全在可控范圍內。

表2 各測管之間的檢測數據表

結合表1發現斷面在0～18 m區間的聲速、波幅、PSD值均正常，可判定這2個測管樁體之間結構基本完好。在18.8～20 m區間內聲速有所下降，但數據處于極限限值內，且樁基承壓強度通過了檢測，該部分數據波動并未對樁基承壓力產生本質性影響，根據國家JGJ 106—2014《建筑樁基檢測技術規范》，此樁基符合國家I類樁基檢測標準，可正常投入使用。

4 結語

綜合此次項目實測分析發現，超聲波檢測技術在橋梁樁基檢測中的確具有操作簡便，測量效果直觀、準確等諸多優勢，但單一的聲波透射法存在不能直接測量抗壓能力的缺陷，因此，考慮在后續測量中再度使用新的測量方式解決該問題，相關橋梁建設專家應多關注超聲波測量技術并吸收其優點，但不能過度依賴該檢測方式，在使用其測量結果時要能辯證地進行可靠性和準確性分析。