超聲波檢測技術在橋梁樁基檢測中的應用

何朋國

陜西交建公路工程試驗檢測有限公司 陜西 西安 710117

引言

城市人口密度越來越大，人們對交通工程的需求不斷增加的同時，橋梁工程質量事故時常發生，因此，人們對于橋梁工程質量提出了更高要求。在施工過程中，樁基礎施工是很關鍵的一項施工環節，樁基施工質量直接影響著橋梁整體質量穩定性，通過地基基礎檢測技術能夠有效檢測樁基質量，為橋梁工程有序開展奠定基礎。因此，對樁基施工中地基基礎檢測優化對策展開探究具有重要意義。

1 基樁質量的檢測方法

樁身完整性檢測是非常重要的，因為樁的承載能力由兩部分組成：一是樁身混凝土的強度和完整性決定了樁身材質是否能夠承受上層建筑物的荷載；二是地層的土是否能提供足夠的測摩阻力和樁端土抗壓強度，是否能提供足夠的承載力。由此可見，樁身混凝土質量影響著承載力，其檢測的必要性是不言而喻的。現如今普遍的檢測方法是：用靜載實驗法檢測基樁的承載力，再配合超聲波透射法檢測樁基完整性[1]。

2 超聲波透射法檢測鉆孔灌注樁的基本原理

超聲波透射檢測技術是一種較為先進的樁基檢測技術。在應用超聲波透射法對樁基進行檢測時，通過接收到的超聲波波速、波幅、波形以及主頻率等方面的變化，就能夠對樁基內部存在的缺陷性質、位置以及大小等進行判斷。聲速是超聲波透射法應用到的首要檢測參數，由于聲速本身具有較強的穩定性，不會受到一些非缺陷因素的影響，因而能夠用來判斷混凝土的質量情況。相比較于聲速來說，波幅具有更高的敏感度，聲波傳遞到缺陷部位時，波幅所產生的變化非常明顯，但由于波幅本身很容易受到儀器性能以及測距等方面的影響，因而在應用超聲波透射法的過程中，對于混凝土強度的判定往往需要依靠聲速和波幅2個參數同時作為參考。波形是超聲波透射法中應用的參考圖像，檢測到缺陷部位時，波形的變化較為明顯，但由于其也會受到非缺陷因素的影響，因而不能夠單獨對樁基進行檢測。主頻在檢測到樁基缺陷時，會呈現出衰減的趨勢，這一參數往往只能間接地反映混凝土的質量，因而也難以單獨實現樁基的檢測。因而在對樁基質量進行檢測的過程中，需要結合波速、波幅、波形和主頻率4個方面來對檢測結果進行綜合的考慮，才能夠得到更準確的檢測結果[2]。

3 常見鉆孔灌注樁產生缺陷類型與原因

3.1 鉆孔灌注樁水下灌注

3.1.1 鉆孔鉆進速度快，且泥漿密度不當，泥漿的循環方式不當（泥漿循環可有正循環和反循環）會使泥漿護聘力差，造成塌孔。不同部位的塌孔可能形成沉渣（在樁底部位塌孔）斷樁（樁身某一截面完全無連續性或出現蜂窩，局部夾泥，局部不凝固等現象）。

3.1.2 長樁的混凝土澆筑管很長，如又沒有合乎要求的止水閥，甚至沒有止水措施，樁底將會出現蜂窩或離析。

3.1.3 澆筑混凝土的導管，在澆注混凝土的過程中，由于計算混凝土在鉆孔中的上升高度有誤，或不慎將導管拔出混凝土，或由于導管堵塞、停電、混凝土供應中斷，導管拔出，使孔內混凝土頂端帶有泥漿沉渣混凝土的混合物浮于樁的頂端，再繼續澆灌混凝土，會使中間存在軟弱夾層，造成斷樁。

3.1.4 混凝土和易性差、首次澆灌混凝土方量不足、澆注導管進水、在混凝土初凝階段地下水徑流等，使樁身混凝土局部離析。

3.1.5 鉆孔結束后，清孔不規范，清孔后沒能及時澆筑混凝土，下鋼筋時碰撞孔壁，都有可能造成樁底存有沉渣。

3.1.6 澆筑混凝土過程中砂層塌落會形成擴徑，同時會使計算好的混凝土充盈系數滿足不了使孔底沉渣、浮漿托出到建筑500～1000mm，造成樁頭混凝土強度低。

3.1.7 當地層黏土層的塑性較好，下好鋼筋籠后，又不能及時澆灌混凝土，黏土被地層壓力縮入孔中，形成縮頸樁。

4 聲波透射法現場檢測應用

4.1 埋設聲測管法

在進行聲測管預埋時，需要以確保測量結果的準確性為主要目的，提高對聲測管數目、被測樁徑大小的重視程度。在經過建筑工程大量的實踐之后可以得知，一般情況下，為了能夠保證超聲波透射檢測技術應用的準確性，需要將被測樁的樁徑控制在大于600～800mm。與此同時，在進行聲測管的預埋過程中，還需要注意保證樁徑和聲測管數目之間呈正比例關系，在被測樁徑增大的情況下，用于預埋的聲測管數目也要相應地增加[3]。

為了優化超聲波透射法質量檢測效果，一方面要注重檢測人員的專業素質，另一方面必須關注檢測設備質量，尤其是聲測管埋設的規范性、技術性。否則會對樁基檢測全過程帶來直接影響，情節嚴重還會導致檢測人員對結果的誤判。鑒于此，根據聲測管埋設提出以下要求。第一，聲測管材質以鋼管為主，盡管PVC管價格比較便宜，但是在施工綁扎、水泥水化等環節可能出現發熱現象，致使管材變形、探頭上下運動，影響檢測工作實施效果，因此塑料PVC管一般不在考慮范圍。第二，聯結鋼管聲測管常規情況下采用螺絲口連接、焊接，焊接時不能損壞鋼管和洞口，杜絕澆筑混凝土過程中滲透水泥漿體造成的管道堵塞問題。連接螺絲口可以在絲口位置纏繞麻絲，也可以起到避免水泥漿體滲入導致管道堵塞的效果。第三，當樁徑小于1000mm時，應埋設二根管；當樁徑大于或等于1000mm且小于或等于1600mm時，應埋設三根管；當樁徑大于1600mm且小于2500mm時，應埋設四根管；當樁徑大于或等于2500mm時，應增加聲測管的數量。第四，樁基鋼筋籠綁扎聲測管，開始安裝第一根，必須要與樁L軸心線平行，所有聲測管也應保持平行。樁基鋼筋籠上方的綁扎，杜絕松動問題。端承樁的樁底在綁扎、安裝時要全程觀察，聲測管尾必須始終放置于樁底的同一水平面。埋設聲測管時，盡可能地保持等距離分布，管口宜高出混凝土頂高程100mm。第五，樁基鋼筋籠上綁扎聲測管，建議采用縛鋼板焊接聲測管兩端，保證兩端銜接的牢固性與密封性，還可以避免異物掉落管道導致的聲測管堵塞問題。第六，開始檢測樁基前1天可以進行聲測管露出部分的密封，建議切割薄鋼板，此環節應該使用切割機，割掉薄板之后做好防護工作，嚴禁異物掉落導致堵塞問題。為了提高質量檢測效率，施工人員使用測繩提前檢查聲測管的樁長、管內是否有異物堵塞現象，待這一環節檢查結束可以在聲測管內灌入清水，開始后續樁基質量檢測工作。

圖1 聲測管布置示意圖

4.2 現場檢測

4.2.1 標定超聲波檢測儀發射至接收的系統延遲時間t0；

4.2.2 聲測管內灌滿清水，且保證換能器應能在聲測管中升降暢通[4]。

4.2.3 準確測量聲測管的管徑和壁厚，測量精度為±0.lmm；測量樁頭處聲測管外壁相互之間距離，測量精度為±lmm。

4.2.4 采用超聲波法檢測時，聲測管編號按路線前進方向的頂點為起始點，順時針方向進行編號，編號方式示意圖見下圖2。

圖2 聲測管編號方式

4.2.5 組裝好儀器設備，將縱向換能器分別置于聲測管內，并放至聲測管底部，讀取縱向換能器測繩上的刻度，驗證被檢測樁樁長是否與設計樁長相一致。

4.2.6 打開儀器，輸入樁基相關參數，并調試各剖面測點波形，待波形正常后開始檢測，檢測時縱向換能器勻速上升，且保證測繩刻度在同一高度。

4.2.7 檢測過程中上下測點采集數據的間隔控制在250mm以內，連續檢測至樁頂位置。

在應用超聲波透射檢測技術對建筑樁基進行檢測時，首先需要應用平測法對全樁長進行普測工作，發現樁基存在缺陷或不足問題時，可以利用斜測和扇形掃測兩種測量方法對樁身中存在的缺陷位置進行確定，然后再借助數據分析和計算過程對建筑樁基樁身的完整性進行評價。

4.3 解讀數據

在室內借助分析軟件處理檢測數據，核對各樁基的設計參數，輸入檢測儀器的設備編號、各檢測樁基聲測管編號，校對聲測管布置示意圖；研究檢測剖面上各測點的波形，確定首波位置，根據不同測點獲取波幅、聲速、聲時、PSD值分析是否存在異常點，按照檢測規程得出檢測結論。①聲速判據，在聲速出現畸變時，表明樁身存在缺陷，混凝土強度不足。判斷標準為：聲速在4500～6000km/s，表明混凝土質量優；聲速在3500～4500km/s，表明混凝土質量良好；聲速在3000～3500km/s，表明混凝土質量差；聲速小于3000km/s，表明混凝土質量非常差。②波幅判據，根據首波的波幅判斷混凝土是否存在蜂窩、孔洞、離析等不均勻性，當測量波幅低于振幅臨界值時，可判定該區域為質量缺陷可疑區域。③波形判據，波形是后續發射超聲波疊加而成的，可用來作為聲速、波幅、PSD判據的補充判據，以保證樁基質量判斷結果的可靠性。④PSD判據，PSD是聲時—深度曲線上相鄰兩點連線的斜率與聲時差的乘積，當聲時發生變化時，PSD會出現大幅度變化，更容易判別混凝土質量缺陷的所在位置。通過分析被檢樁各剖面的聲速-深度、波幅-濃度曲線及各自的臨界值，聲速、波幅的平均值等參數，分析樁身缺陷位置及程度，判定樁身完整性類別[5]。

5 結束語

在橋梁樁基檢測中應用超聲波檢測技術，要切實做好聲測管制作與埋設工作，合理地放置聲測管和校正換能器精度，同時注意提高頻譜解析精度，科學地確定采樣頻率，保證最大限度提高超聲波檢測結果的準確度及可靠度。