無損檢測技術在橋梁樁基檢測中的應用研究

王一飛

(山西路橋集團試驗檢測中心有限公司，山西 太原 030000)

1 無損檢測技術概述

無損檢測(NDT)主要是指在對被檢測物體不造成損傷的條件下使用諸多物理手段，針對構件或材料的微觀、宏觀缺陷進行規范化、系統性、科學化的測量與檢測，評定檢測物體化學成分、力學性能及組織結構，對構件、材料的適應性得出綜合性的評價。在無損檢測中材料性能(應力、力學性能等)及缺陷檢測屬于重點。在工程建設中無損檢測技術應用范圍逐漸拓展，在不破壞檢測物體的前提下實現全方位檢測目標，對被測物體的質量做出評定，可判斷缺陷發展規律及成因，為施工單位調整施工作業方案提供依據，還可降低施工安全事故發生的幾率。無損檢測技術應用價值可從以下方面加以分析：①對構件表面缺陷做出判斷，指明其所在位置、狀態及種類；②對材料組織結構、物理及化學性質進行檢測，為施工單位分選材料提供依據；③通過無損檢測對構件、材料涂層、幾何尺寸、是否有腐蝕、深層硬度、應力狀態等方面進行技術測定；④利用無損檢測技術可進行現場監控，關注施工設備運行情況，將施工建設中構件的缺陷信息及變化形勢以報表的方式傳輸至管理端，便于質量管理部門對施工情況實時監控[1]。

2 無損檢測技術在橋梁樁基檢測中的應用要點

2.1 明確應用目的

為使橋梁樁基檢測中無損檢測技術應用有的放矢，需明確相關技術應用目的，以免技術使用盲目而不能起到過程性質控、缺陷分析等積極作用。首先，應用無損檢測技術的目的是控制施工成本，降低返工幾率，以免橋梁樁基施工因材料、構件質量缺陷而埋下安全隱患并在后期采取補救措施，保障在指定工期內完工，根據檢測結果為材料采購、構件生產、工藝流程優化等施工管理工作有效展開提供依據，化解管理矛盾，提高管理效率，達到控制橋梁樁基施工成本的目的；其次，應用無損檢測技術的目的是按照規定達成建設目標，通過精度高、專業強、科學規范的檢測技術對施工行為加以約束，敦促施工單位按照標準行事，以免施工作業與規定不符，使橋梁樁基更為安全可靠，為后續施工活動有效展開奠定基礎；最后，應用無損檢測技術的目的是改進橋梁樁基施工制造工藝，例如有些橋梁樁基通過檢測發現存在孔底截面沉渣厚度超過標準的問題，這與橋梁樁基施工流程不嚴謹有關，依據檢測結果施工單位會在安裝鋼筋籠、安裝混凝土填充導管及輸料斗、灌注支架等用具的基礎上增設沉渣厚度檢查一環，必要時使用氣舉法清孔，保障沉渣厚度合規，繼而達到優化橋梁樁基施工制造工藝的目的。

2.2 基本要素齊全

無損檢測技術有效應用需在橋梁樁基檢測中保障基本要素齊全，具體可從以下方面予以分析。

1)裝置。無損檢測裝置是針對橋梁樁基質量問題進行檢測提供動能的“源頭”，如X射線發射裝置等，這是檢測對橋梁樁基結構不造成損傷的關鍵。

2)標準。將橋梁樁基檢測物體與施工標準、質檢要求聯系起來，對結構、介質異常變化進行客觀且實時的分析，通過檢測結果與標準比較得出檢測結論，為施工方判斷橋梁樁基施工建設方案是否可行提供依據。

3)記錄。將檢測過程與結果記錄下來，當前常用記錄方法有兩種，一種是由檢測技術人員全程跟蹤記錄，另一種是使用物聯網技術，將探測器獲取的信息直接傳輸至檢測檔案管理系統，便于施工方、業主、監理方實時共享檢測結果，基于BIM對橋梁樁基施工方案加以優化，繼而充分利用檢測結論。

4)解釋。通常情況下非專業人員無法讀懂專業設備得出的檢測結果，有些僅為一些波浪線，很難直接用于樁基施工質量管理工作，基于此，需對這些信號進行解釋，在此基礎上轉化為施工管理可用信息，使橋梁樁基檢測中的無損檢測技術得以發揮積極作用。

2.3 加強技術培訓

無損檢測技術較多，如磁粉檢測、渦流檢測、泄漏檢測等，有些檢測技術適用于產品，還有些檢測適用于構件缺陷的深入檢測，只有根據橋梁樁基檢測需要選定合適的技術，才能保障檢測結論在橋梁樁基施工中起效。因為超聲回彈綜合檢測技術、紅外成像等檢測技術使用設備及檢測成果存在區別，所以需在技術應用前進行專項培訓，便于橋梁樁基檢測方案貫徹落實，保障檢測標準明確、流程規范、安全可靠，檢測結果能用于橋梁樁基質量管理[2]。

3 橋梁樁基檢測中常用的無損檢測技術

3.1 紅外成像法

紅外成像法起效的基本原理是溫度高于-273℃的物體均屬于輻射源，能向外界發出紅外線，此紅外線介于微波與可見光之間，屬于電磁波的一種，波長為0.76～1 000 μm。橋梁樁基主要材料為混凝土，該物質亦可向外界輸出紅外線，使用專業儀器對橋梁樁基混凝土熱量進行測量并判斷熱流發展趨勢可實現無損檢測目標。當橋梁樁基結構內部有缺陷時，混凝土熱傳導將發生改變，混凝土溫度表面分布異常，利用成像儀可得到直觀的熱像圖，技術人員分析熱像圖能從中發現混凝土缺陷位置及類型。紅外成像法為非接觸無損專業檢測技術的一種，可對橋梁樁基左右、上下連續進行掃描，不受時間限制，測溫范圍為-50℃～2 000℃，對溫度較為敏感且分辨率較高，具有檢測結果直觀、快速、精準等特點，適用于大面積掃測，可有效發現混凝土結構滲漏、剝離等質量問題。

3.2 超聲法

橋梁樁基質量受成樁工藝、地質條件、管理水平、機械設備等因素影響，可能存在混凝土離析、縮頸、斷裂、夾泥、樁底沉渣較多等質量缺陷，嚴重時會危及橋梁樁基的安全與穩定，埋下工程質量事故隱患。基于此，需充分利用超聲法檢測橋梁樁基，對檢測物體質量做出客觀評價。使用超聲法在混凝土內會產生高頻彈性脈沖波，在超聲脈沖發射源的作用下對檢測物體質量做出判斷，高精密檢測接收系統會記錄混凝土內脈沖波傳播過程及結構波動特征。若混凝土內有破損界面則在系統內顯示波阻抗界面，超聲脈沖觸及界面后波會反射、透射，透射能量隨之減少。若混凝土內有蜂窩、松散、孔洞等質量缺陷，波觸及界面會繞射、散射。專業技術人員依據波觸及界面的時間及能量衰減頻率、特征、畸變程度可得到檢測區域混凝土密度參數。通過檢測記錄橋梁樁基不同高度、側面超聲波動特征，加之系統性處理，能對混凝土內部缺陷大小、性質、空間位置等方面進行判斷，繼而對橋梁樁基混凝土完整性及均質性做出評價。

3.3 超聲回彈綜合法

在橋梁樁基施工建設中，為保障技術方案科學可行會先進行試驗，待試驗達標后方可大范圍使用相關技術，目的是確保樁基質量符合要求，同時控制施工成本，保障施工全程更為安全。基于此，可使用超聲回彈綜合法在試驗施工環節加強質控。超聲回彈、回彈法屬于常用無損檢測技術手段，二者一起應用能彌補單一質檢缺陷，橋梁樁基質量檢測結果誤差更小，相較于貫入阻力法、后裝拔出等方法，超聲回彈綜合法無需破壞樁基結構，還兼具工作量小、操作簡單等優勢。在使用超聲回彈綜合法過程中專業技術人員可根據表面塑性性能、彈性性能、孔隙、密實度等狀況對構件進行綜合性分析，物理量無損檢測精度隨之提高。在試驗施工環節要準備試塊，按照不同橋梁樁基施工方案制作并分設試驗小組，為使分析對比僅圍繞材料配比展開，試件養護、施工流程等方面需保持一致，繼而通過分析檢測結果得出水、粗骨料、添加劑等材料最佳配比方案。值得一提的是，為保障超聲回彈綜合法檢測結果精度更高需多選擇幾處測點，利用公式對相應的超聲聲速進行計算，加之綜合測強曲線、《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程》(CECS 02:2005)的有效應用，對試件質量做出科學判斷，為橋梁樁基施工作業提供依據[3]。

3.4 電磁感應法

電磁感應法在橋梁樁基檢測中的有效應用基礎為電磁自感式傳感器原理，該儀器由鐵芯、線圈、銜鐵等結構構成，銜鐵、鐵芯為導磁材料，銜鐵移動氣隙厚度改變，磁路中的磁阻同時發生變化，感應線圈電感值波動，根據測點電感值變化情況可得出檢測結論。實踐表明，應用電磁感應法針對橋梁樁基進行檢測，鋼筋排列方式、焊網形式等方面會影響檢測結論，鋼筋雜質含量及銹蝕程度亦會改變檢測結果，這是電磁感應法質檢存在誤差的主要原因。混凝土材料及鋼筋保護層會對橋梁樁基混凝土電磁感應檢測精度產生影響，若鋼筋保護層較厚、氣隙較大將直接造成磁損現象，混凝土存在電磁特性不穩的問題，電磁波在傳播時會有不同程度的衰減，使檢測精度受到影響。為使電磁感應法得以有效應用，需從理論上控制誤差，根據鋼筋、混凝土結構特性有效確定電磁強度，還需提升儀器分析計算能力，考慮混凝土鋼筋直徑、混凝土磁損等可能影響儀器精度的因素，關注效果系數，在檢測時需遠離磁場，可與其他檢測方法一起使用，起到互相驗證檢測結果的作用[4]。

3.5 沖擊回波法

橋梁樁基主要成分為混凝土，混凝土受外界環境影響及載荷作用會出現損傷，內部因此出現裂紋，裂紋擴展會破壞樁基結構的穩定性。當前檢測橋梁樁基的方法有雷達法、超聲波法等，每種技術適應范圍存在區別。在橋梁樁基施工中對結構混凝土厚度有較高要求，主要與厚度、整體強度、工程耐久性等方面息息相關。沖擊回波法使用應力波對橋梁樁基結構厚度及缺陷進行無損檢測，檢測系統包括超薄沖擊回波檢測、帶表面波沖擊回波、IES掃描式沖擊回波等系統，可根據橋梁樁基施工實況靈活做出選擇。其中，IES掃描式沖擊回波系統基于IE技術發展而來，既可連續快速檢測，又可及時了解預應力管灌漿等施工情況，還能依托系統得到與結構缺陷、厚度等方面有關的三維成像圖。表面波型在橋梁樁基檢測中的應用無需取芯標定，依托沖擊回波系統能精準獲悉混凝土厚度。超薄型沖擊回波利于檢測厚度小于5 cm的板狀結構，有效拓寬沖擊回波法檢測范圍，技術人員可根據橋梁樁基檢測需要予以選用。

3.6 回彈法

針對橋梁樁基某個面進行檢測時可使用回彈法并了解混凝土強度。不宜使用回彈法的情況如下：①混凝土遭受化學腐蝕、凍害、高溫損傷；②構件厚度不足10 cm；③結構表面溫度高于60℃或小于-4℃；④內部質量與表面差異明顯或結構存在明顯缺陷不宜使用本法檢測。在檢測中技術人員需對回彈儀進行檢定，累積彈擊頻次超6 000、鋼鉆率定值不達標、受到撞擊及新回彈儀均需進行檢定，目的是保障儀器精度較高，滿足檢測需求，根據規范要求使用相關設備。在檢測時需掌握水泥品種、砂石品種、模板類型、結構外形尺寸、施工設計等信息，結合實際情況采用部位檢測、構件檢測等方法，要求構件或結構測區超10個，相鄰測區間距約為2 cm，測區距離施工縫邊緣或構件端部小于0.5 m，測區面積小于0.04 m2，在測量得到讀數后進行計算，計算需取平均值，精準到小數點的后一位，不同的檢測面所使用的計算公式存在區別，目的是針對非水平狀態混凝土側面、水平方向混凝土結構底面或頂面檢測所得回彈值加以修正，先修正角度，再修正澆筑面，加之測強曲線有效應用得出橋梁樁基檢測結論[5]。

4 結束語

無損檢測技術在橋梁樁基檢測中的有效應用有利于提高相關結構或構件的質量，使橋梁整體更為安全穩固，基于此，技術人員要結合工程實況合理使用無損檢測技術，明晰有關技術適用范圍，還需根據技術規定合理使用檢測方法，做好檢測設備養護工作，充分利用檢測結論，使橋梁樁基施工效果更優，繼而保障橋梁樁基質量達標。

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