橋梁樁基檢測(cè)中混凝土超聲波檢測(cè)技術(shù)的有效應(yīng)用

石鵬

（北京建業(yè)通工程檢測(cè)技術(shù)有限公司，北京 100000）

0 引言

樁基結(jié)構(gòu)是保障橋梁工程長(zhǎng)久、穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵，通過對(duì)樁基抗震性能、強(qiáng)度、耐久性等方面的嚴(yán)格把控，確保橋梁上部荷載能夠以樁基為載體實(shí)現(xiàn)有效傳遞，避免因荷載超標(biāo)影響橋梁運(yùn)行的穩(wěn)定性。但在橋梁工程建設(shè)過程中，樁基施工質(zhì)量控制受到地質(zhì)條件、施工技術(shù)、環(huán)境條件等方面的綜合影響。為此，需借助超聲波技術(shù)做到對(duì)樁基結(jié)構(gòu)全面、精準(zhǔn)的測(cè)量，對(duì)加強(qiáng)橋梁工程施工質(zhì)量控制有著重要影響。

1 超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用意義

橋梁工程能否穩(wěn)定、可靠運(yùn)行受到樁基結(jié)構(gòu)的直接影響，作為橋梁工程的基礎(chǔ)構(gòu)成部位，強(qiáng)化樁基施工質(zhì)量的控制已然成為路橋單位的重點(diǎn)關(guān)注問題。不同于其他項(xiàng)目，橋梁工程面臨更為復(fù)雜、險(xiǎn)峻的施工環(huán)境，且復(fù)雜的地質(zhì)條件增大了樁基施工的難度。同時(shí)，樁基施工因環(huán)節(jié)隱蔽，增大出現(xiàn)質(zhì)量問題與缺陷的概率，為避免質(zhì)量問題威脅橋梁工程的運(yùn)行，需通過樁基檢測(cè)工作來消除質(zhì)量隱患。得益于超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可為樁基質(zhì)量控制提供更為精準(zhǔn)、客觀、全面的依據(jù)。借助相關(guān)技術(shù)設(shè)備對(duì)樁身進(jìn)行完整檢測(cè)，為檢測(cè)人員提供更為全面的數(shù)據(jù)信息。鑒于此，為進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)樁基結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制水平，需重視對(duì)超聲波技術(shù)的引進(jìn)與應(yīng)用，提供更為精準(zhǔn)、全面的數(shù)據(jù)信息，作為樁基施工優(yōu)化的依據(jù)，避免因質(zhì)量隱患的存在影響橋梁工程的運(yùn)行。

2 超聲波檢測(cè)技術(shù)的原理

超聲波檢測(cè)技術(shù)具有快捷、精準(zhǔn)、高效等優(yōu)勢(shì)，在工程質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)階段橋梁樁基結(jié)構(gòu)檢測(cè)中，超聲波技術(shù)應(yīng)用原理主要體現(xiàn)為：檢測(cè)儀內(nèi)部發(fā)射源運(yùn)行后，會(huì)以混凝土結(jié)構(gòu)為載體進(jìn)行彈性脈沖聲波的發(fā)射，混凝土內(nèi)部聲波的傳播過程會(huì)被儀器接收系統(tǒng)記錄，通過脈沖聲波特性的分析來確定樁基的內(nèi)部質(zhì)量。通常情況下，無質(zhì)量問題的樁基在傳遞脈沖聲波時(shí)呈現(xiàn)出相對(duì)規(guī)律的傳遞特性，若樁基內(nèi)存在截面損壞或不連續(xù)現(xiàn)象時(shí)，脈沖聲波在缺陷的影響下出現(xiàn)傳遞阻抗的情況，傳遞至該截面的聲波會(huì)由規(guī)律的傳播特性轉(zhuǎn)變?yōu)闊o規(guī)律的反射或透射，使儀器接收的信號(hào)表現(xiàn)出低能量、無規(guī)律的特性。同時(shí)，聲波反射、投射情況受到樁基結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況的直接影響，若樁基內(nèi)部松散、蜂窩麻面問題嚴(yán)重，意味著脈沖產(chǎn)生的投射與反射現(xiàn)象更為明顯。檢測(cè)人員可通過對(duì)聲波接收時(shí)間、能量衰減、頻率變化等方面的計(jì)算分析來判斷樁基結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況。混凝土結(jié)構(gòu)組成涉及砂石、水泥、水等原材料，在超聲波檢測(cè)期間，脈沖聲波會(huì)在混凝土多相、非均質(zhì)體的影響下將傳播速度控制在一定范圍內(nèi)，若樁基內(nèi)部存在裂縫、夾泥、斷裂等問題，聲波在傳遞期間的傳播時(shí)間、傳播速度、波幅、波形等參數(shù)均會(huì)產(chǎn)生一定程度的變化，即通過上述參數(shù)變化的分析來判斷樁基質(zhì)量是否控制在預(yù)期范圍內(nèi)。

3 超聲波檢測(cè)技術(shù)在橋梁樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 準(zhǔn)備工作

在樁基檢測(cè)中，為了發(fā)揮超聲波技術(shù)的最大作用與效能，需在檢測(cè)前做好準(zhǔn)備工作。在實(shí)際工程檢測(cè)作業(yè)期間，準(zhǔn)備工作包括：

其一，聲測(cè)管預(yù)埋。樁基質(zhì)量檢測(cè)效果受到聲測(cè)管應(yīng)用的直接影響，所以要求檢測(cè)人員嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行聲測(cè)管埋設(shè)。對(duì)于聲測(cè)管埋設(shè)數(shù)量控制，可以樁基直徑為基準(zhǔn)，若樁基直徑處于≯1.5m 范圍內(nèi)，聲測(cè)管埋設(shè)數(shù)量在3 根左右；若樁基直徑處于≮1.5m范圍內(nèi)，聲測(cè)管埋設(shè)數(shù)量需控制在4 根左右。同時(shí)，保證聲測(cè)管的選擇符合樁基檢測(cè)要求，為避免出現(xiàn)損壞、破損問題，盡可能以金屬聲測(cè)管的應(yīng)用為主。在連接聲測(cè)管時(shí)，可采用螺紋連接法來保證質(zhì)量，以換能器外徑為基準(zhǔn)，將聲測(cè)管內(nèi)徑控制在＞1.5cm。另外，為加強(qiáng)聲測(cè)管的固定效果，可采用綁扎結(jié)合鋼筋籠的形式實(shí)現(xiàn)。依據(jù)對(duì)樁基檢測(cè)要求的分析，結(jié)合相關(guān)措施應(yīng)用對(duì)聲測(cè)管頂部進(jìn)行封閉處理，以樁基為基準(zhǔn)將管口長(zhǎng)度控制在＞30cm。

其二，設(shè)備儀器檢查。為避免因設(shè)備出現(xiàn)故障影響樁基檢測(cè)質(zhì)量，要求檢測(cè)人員在準(zhǔn)備階段進(jìn)行設(shè)備的全面檢查，通電后測(cè)試各設(shè)備、儀器是否處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，在檢測(cè)期間重視對(duì)超聲波檢測(cè)延遲的校正，并檢驗(yàn)超聲波傳播時(shí)間修正值是否符合檢測(cè)要求。

3.2 界定標(biāo)準(zhǔn)

目前，對(duì)于樁基檢測(cè)工作我國(guó)早已出臺(tái)相對(duì)完善、明確的技術(shù)規(guī)程，要求檢測(cè)人員在檢測(cè)期間嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)程、規(guī)范。在樁身內(nèi)部缺陷分析時(shí)，可通過對(duì)超聲參量、波形特點(diǎn)等方面的分析來準(zhǔn)確評(píng)估，并以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程為參照做到對(duì)樁基完整性等級(jí)的正確、合理劃分。其中，針對(duì)不同類型樁的界定，具體表現(xiàn)為：

其一，Ⅰ類樁。此等級(jí)樁基界定標(biāo)準(zhǔn)主要是外觀形態(tài)相對(duì)完整，不存在負(fù)面問題對(duì)樁基功能造成影響，樁身不存在明顯缺陷、波形異動(dòng)不明顯、波幅處于可控范圍內(nèi)等。

其二，Ⅱ類樁。此類樁基的界定標(biāo)準(zhǔn)主要是樁基外觀形態(tài)相對(duì)完整，缺陷問題不會(huì)對(duì)樁基功能造成影響，樁身可在波形正常的前提下保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，波幅值未超出標(biāo)準(zhǔn)。

其三，Ⅲ類樁。此類樁基的界定標(biāo)準(zhǔn)主要是樁基部分缺陷較為明顯，樁基承載力在相關(guān)因素的影響下明顯下降，波形變形情況較為嚴(yán)重，且波幅值相較于臨界值明顯更低。

其四，Ⅳ類樁。此類樁基的界定標(biāo)準(zhǔn)為樁基功能受到較大程度的損害，樁身外觀缺陷十分明顯，樁基承載性能受到缺陷影響顯著下降，且波幅值、波形超出預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)范圍。

3.3 樁身檢測(cè)

樁身檢測(cè)前確保準(zhǔn)備工作全部完成。在實(shí)際檢測(cè)過程中，需將換能器按照要求安設(shè)于扶正器上，以預(yù)先設(shè)置的聲測(cè)管為載體進(jìn)行扶正器的放置，在放置時(shí)需注意聲測(cè)管內(nèi)扶正器可處于自然升降的狀態(tài)。檢測(cè)前，檢測(cè)人員再次進(jìn)行檢測(cè)儀參數(shù)調(diào)整，以確保后續(xù)檢測(cè)作業(yè)不受噪聲的干擾，有助于提升聲波信號(hào)接收的信噪比，避免因噪聲過大導(dǎo)致顯示器中波幅的體現(xiàn)受到影響。在檢測(cè)期間，以0.2m 或0.5m 為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)間距控制。需注意，若樁基部分區(qū)域存在超聲波特性大幅度變化的現(xiàn)象，需按照要求適當(dāng)增加檢測(cè)點(diǎn)，以確保樁基缺陷得到全方位的檢測(cè)。同時(shí)，對(duì)于換能器的安設(shè)，需以同一高度放置接收與發(fā)射換能器，或者是以相差高度定值為基準(zhǔn)來放置換能器，以避免檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性受到高差變化的影響。另外，需加大對(duì)檢測(cè)過程的控制力度，要求檢測(cè)人員遵循自下而上的原則，加強(qiáng)約束自身的檢測(cè)行為，并重視對(duì)不同點(diǎn)位超聲波情況變化的觀察，具體參數(shù)包括波幅、聲波頻率、傳播時(shí)間等。在檢測(cè)期間，還需第一時(shí)間記錄存在較大異常的波形，對(duì)該區(qū)域增設(shè)檢測(cè)點(diǎn)，并視情況合理采用雙向斜測(cè)、平測(cè)、扇形掃測(cè)等方法來提升裝機(jī)測(cè)量的精準(zhǔn)性。對(duì)于不同檢測(cè)方式的應(yīng)用，具體流程表現(xiàn)為：

首先，平測(cè)。做到對(duì)發(fā)射換能器、探測(cè)儀、接收換能器、聲測(cè)管的同步升降，確保整體測(cè)量效果符合預(yù)期要求。

其次，斜測(cè)。分別以不同高度為基準(zhǔn)進(jìn)行換能器的放置，同步升降處理后進(jìn)行換能器檢測(cè)點(diǎn)聲參量的采集與分析，借助斜測(cè)方式對(duì)缺陷范圍進(jìn)一步界定。

最后，扇形測(cè)。主要是以固定高度進(jìn)行發(fā)射換能器的放置，并以扇形為基準(zhǔn)進(jìn)行另一個(gè)測(cè)線的布置。需注意，各檢測(cè)點(diǎn)在扇形測(cè)量中對(duì)于測(cè)距的控制存在一定不同，盡管可對(duì)于波速參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，但幅度測(cè)量值無法進(jìn)行比對(duì)分析，其缺陷的判斷需以相鄰檢測(cè)點(diǎn)測(cè)值變化為主。此外，在樁基檢測(cè)中，涉及多根測(cè)量管的應(yīng)用。為加強(qiáng)對(duì)樁基檢測(cè)質(zhì)量的控制，在檢測(cè)期間，要求檢測(cè)人員以兩根為一組規(guī)范化開展檢測(cè)作業(yè)。

3.4 隨機(jī)檢測(cè)

為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性、客觀性的控制，要求檢測(cè)人員在聲測(cè)管全面檢測(cè)后開展隨機(jī)性檢測(cè)。為避免在隨機(jī)檢測(cè)時(shí)浪費(fèi)大量人力、時(shí)間，需按照相關(guān)要求將樁基隨機(jī)檢測(cè)的數(shù)量控制在總樁基的10%～20%之間。在隨機(jī)檢測(cè)期間，檢測(cè)人員需對(duì)兩次檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差的控制，以聲波波幅偏差10%以內(nèi)為基準(zhǔn)判斷檢測(cè)是否合理。若在隨機(jī)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)兩次檢測(cè)結(jié)果存在偏差過大的現(xiàn)象，要求檢測(cè)人員再次對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，直至檢測(cè)結(jié)果處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)位置，通過隨機(jī)檢測(cè)來加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性的控制。

4 應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)的注意事項(xiàng)

為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)超聲波檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性、客觀性的控制，在樁基超聲波檢測(cè)時(shí)需注意以下幾點(diǎn)。

其一，加強(qiáng)的聲測(cè)管埋設(shè)質(zhì)量的控制。檢測(cè)人員需注意埋設(shè)聲測(cè)管時(shí)，以對(duì)稱、平行的原則來控制聲測(cè)管的埋設(shè)位置，且保證聲測(cè)管內(nèi)探頭伸縮的順暢性。嚴(yán)格按照規(guī)定要求進(jìn)行聲測(cè)管埋設(shè)數(shù)量的控制。

其二，在樁基檢測(cè)中，需確保被檢樁混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)值的70% 且不小于15MPa。在實(shí)際檢測(cè)期間，要求檢測(cè)人員在檢測(cè)前按規(guī)范要求進(jìn)行樁頭開挖。需注意，樁頭處理時(shí)切勿對(duì)聲測(cè)管造成影響，盡可能保證聲測(cè)管內(nèi)部在樁頭處理時(shí)不出現(xiàn)雜質(zhì)、殘?jiān)袈涞默F(xiàn)象，禁止將水泥砂漿注入聲測(cè)管，避免聲測(cè)管內(nèi)探頭伸縮受到影響。

其三，波形頻譜采集后按相關(guān)要求進(jìn)行分析處理，其中各頻率分量的波形幅度均需得到針對(duì)性的分析計(jì)算，其中主頻率的確定以幅度最大為基準(zhǔn)。在實(shí)際分析處理中，波形截取需考慮到不同波形長(zhǎng)度，通過對(duì)頻率曲線的不同獲取來提升結(jié)果分析的準(zhǔn)確性。在分析頻譜曲線時(shí)，要求檢測(cè)人員將漏波、分辨率加入分析指標(biāo)，判斷檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度是否受到上述因素的影響。

其四，在樁基檢測(cè)作業(yè)期間，要求檢測(cè)人員做到對(duì)波形頻譜特征的一次性獲取，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況做到對(duì)樁身測(cè)區(qū)的合理選擇，以確保樁基樁身上檢測(cè)點(diǎn)的均勻分布，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)樁基檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性的控制。

其五，盡可能保證鋼筋籠與聲測(cè)管之間捆綁的牢固性，為避免對(duì)聲測(cè)管造成損壞和影響，要求檢測(cè)人員在連接主筋與聲測(cè)管時(shí)采用鉛絲捆綁，以間隔3m為基準(zhǔn)，進(jìn)行鋼筋籠主筋與聲測(cè)管的緊密捆綁。焊接處理位置為管口接地位置，并結(jié)合鑄鐵管接頭的應(yīng)用來加強(qiáng)對(duì)聲測(cè)管的防護(hù)。

5 應(yīng)用超聲波技術(shù)的工程檢測(cè)實(shí)例分析

結(jié)合工程案例對(duì)超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析，具體表現(xiàn)為：

案例1：某項(xiàng)目樁基為嵌巖樁，經(jīng)測(cè)量計(jì)算得知樁長(zhǎng)控制在20m 左右，借助超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行樁基測(cè)量。結(jié)果表明以樁頂至樁底整個(gè)范圍為基準(zhǔn)，各檢測(cè)階段剖面聲速值、波幅值均未有明顯異常，樁身并無明顯缺陷與異常，參照界定標(biāo)準(zhǔn)判定為I 類樁。同時(shí)，借助取芯檢測(cè)方式對(duì)樁基進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，結(jié)果顯示樁身整體范圍內(nèi)膠結(jié)無異常，故判定該項(xiàng)目樁基符合預(yù)期質(zhì)量控制要求。

案例2：某項(xiàng)目樁基為嵌巖樁，經(jīng)測(cè)量計(jì)算得知樁長(zhǎng)約為17m，為實(shí)現(xiàn)對(duì)樁基質(zhì)量的精準(zhǔn)測(cè)量，該項(xiàng)目利用超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行樁身整體檢測(cè)。結(jié)果顯示樁底部位截面的聲速值、波幅值相較于臨界值明顯更低，且樁身存在較為明顯的缺陷，PSD 值超過規(guī)定范圍極限，且波形呈現(xiàn)出異常變化，參照界定標(biāo)準(zhǔn)判定為Ⅲ類樁。采用取芯檢測(cè)方式進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)混凝土膠結(jié)情況未達(dá)到預(yù)期要求，且樁底部分存在混凝土離析情況，故判定樁基質(zhì)量控制未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

6 超聲波檢測(cè)技術(shù)的局限性

目前在樁基檢測(cè)中，超聲波技術(shù)的應(yīng)用十分常見，能夠?qū)痘毕葸M(jìn)行有效的檢測(cè)。但在混凝土檢測(cè)期間，應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)只能對(duì)兩根聲測(cè)管間進(jìn)行完整性檢測(cè)，對(duì)于樁基擴(kuò)徑混凝土缺陷難以做到精準(zhǔn)、科學(xué)檢測(cè)，所以超聲波檢測(cè)技術(shù)在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用仍存在一定局限性。為確保樁基得到全面檢測(cè)，可針對(duì)不同檢測(cè)目標(biāo)采用不同檢測(cè)技術(shù)，如在樁基混凝土質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用超聲波技術(shù)，而對(duì)于嵌巖樁完整性的檢測(cè)，則可視情況采用低應(yīng)變反射法+超聲波檢測(cè)的形式，為樁基質(zhì)量、性能等的判斷提供科學(xué)參考。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，樁基檢測(cè)是否合理與橋梁工程整體質(zhì)量的把控之間存在密切關(guān)聯(lián)。鑒于此，為進(jìn)一步提升橋梁樁基檢測(cè)的有效性，需在明確掌握現(xiàn)場(chǎng)情況的前提下，做到對(duì)超聲波檢測(cè)技術(shù)的合理、規(guī)范應(yīng)用，嚴(yán)格按照相關(guān)要求來規(guī)范各檢測(cè)環(huán)節(jié)，提升檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性、客觀性，為加強(qiáng)橋梁樁基施工質(zhì)量控制提供參考。