無損檢測技術在公路橋梁樁基檢測中的應用

朱秋燕

（宿遷融合交通科技發(fā)展有限公司，江蘇宿遷 223800）

0 引言

隨著社會經濟的發(fā)展，我國公共交通運輸行業(yè)迅猛發(fā)展，作為交通基礎設施的公路橋梁工程也取得了非常好的發(fā)展成果。無損檢測技術逐漸被應用于公路橋梁樁基檢測中，在提高公路橋梁樁基檢測水平、強化樁基檢測力度等方面發(fā)揮重要作用，是新時期保證公路橋梁工程質量、滿足公路橋梁工程發(fā)展需求的重要路徑。加強對無損檢測技術在公路橋梁樁基檢測中應用的研究具有極高的現實意義。

1 無損檢測技術應用的重要性

在公路橋梁樁基檢測中，一般使用破壞性檢測技術與無損檢測技術。這兩種檢測技術在操作方法、操作效果及影響上有顯著的差異。

應用破壞性檢測技術會影響公路橋梁的結構及性能，且檢測效率低下，檢測結果滯后，還需消耗大量的時間與精力。

應用無損檢測技術不會對公路橋梁結構產生破壞，不影響其后續(xù)使用性能。而且科學應用無損檢測技術能夠有效檢查公路橋梁樁基結構內部存在的缺陷問題，直觀地反映樁基內部缺陷所在的位置、大小等情況，檢測結果更為直觀，且操作更加便捷。無損檢測技術憑借顯著的技術優(yōu)勢在公路橋梁樁基檢測中得到了廣泛的應用。

通過多次檢測，與結果對比分析，可以更好地落實公路橋梁樁基施工的質量控制工作，且檢測結果也可作為后續(xù)工程驗收的技術資料。由此可見，在公路橋梁樁基檢測中，科學應用無損檢測技術有助于提高公路橋梁樁基的檢測質量、效率及靈活度，縮減檢測人力等成本支出，對提升公路橋梁工程的經濟效益與社會效益具有積極的促進作用[1]。

2 公路橋梁樁基的主要病害問題

2.1 樁基縮徑問題

樁基縮徑問題是公路橋梁施工中經常出現的問題，會直接影響樁基的承載力及結構安全，是影響公路橋梁工程質量及使用壽命的重要因素。公路橋梁樁基施工會受到工程地層特性的影響。如果機械設備使用不當、施工技術應用不規(guī)范，導致樁基成孔后灌注的混凝土前樁直徑小于施工設計樁徑、單樁截面積小于公路橋梁樁基施工的具體要求，從而無法滿足公路橋梁實際的承載需求。

2.2 樁基離析問題

混凝土灌注是樁基施工的重要環(huán)節(jié)，需要嚴格按照施工技術規(guī)范配置混凝土材質并攪拌混凝土。如果混凝土攪拌不均勻，出現樁基離析，就會影響其灌注凝固后的強度性能，從而導致公路橋梁樁基結構強度不達標。

2.3 樁基接樁問題

公路橋梁樁基施工通常使用預制樁。在接樁處理中，如果沒有清理干凈接頭位置，在焊接完成后，沒有嚴格按照施工設計要求實施冷卻處理，就可能導致接樁位置銜接不牢固，出現開裂或脫開，從而影響樁基整體的穩(wěn)固性。

2.4 樁基夾層、斷樁及沉渣

在樁基施工過程中，沒有嚴格按照施工設計規(guī)范配置施工材料，導致泥漿占比較大，或沒有及時徹底清除塌孔，就會因公路橋梁樁基沉渣過厚，影響樁基質量。受施工技術及經驗影響，施工人員沒有合理應用混凝土，導致混凝土灌注樁灌注的連續(xù)性較差，就可能誘發(fā)斷樁或夾層等影響公路橋梁樁基結構安全的問題。

3 公路橋梁樁基檢測中常用的無損檢測技術

3.1 紅外成像法

溫度高于-273℃的物體會向外界發(fā)出一種介于微波與可見光之間的、波長在0.76～1000μm 的紅外線電磁波。這種紅外線可以通過專業(yè)儀器進行測量，并生成直觀可見的熱像圖[2]。混凝土是公路橋梁樁基施工的主要材料，混凝土會向外界發(fā)出紅外線，使用專業(yè)儀器測量樁基混凝土的熱量，結合其是否存在熱傳導改變、溫度表面分布異常等，判定樁基內部混凝土結構是否存在缺陷。同時，將檢測到的熱量數據導入成像儀，可以獲取樁基混凝土的熱像圖，進而直觀觀察檢測位置混凝土存在的缺陷問題。由此可見，紅外成像法無須接觸檢測的樁基，檢測操作便捷、高效。而且紅外成像法有較高的溫度敏感度與分辨率，測溫范圍廣，可以用于-50～2000℃的溫度測量，還能連續(xù)對公路橋梁樁基進行左右、上下掃描。此外，紅外成像法還可用于大面積掃測，檢測結果直觀、精準。在檢測混凝土結構是否存在滲漏、剝離等問題方面優(yōu)勢顯著。

3.2 超聲法

超聲法常被應用于公路橋梁樁基質量檢測中，在檢測樁基是否存在混凝土離析、斷裂、夾泥等質量缺陷方面具有顯著優(yōu)勢，能夠對檢測物體質量進行客觀評價，且檢測過程不會對樁基產生不利影響。使用超聲脈沖發(fā)射源，向檢測的樁基混凝土結構發(fā)出高頻彈性脈沖波，并通過檢測接收系統(tǒng)記錄高頻彈性脈沖波的傳播過程，分析其結構波動特點，從而對樁基質量做出判斷。如果混凝土結構存在破損等缺陷問題，高頻彈性脈沖波會因發(fā)生反射、透射而出現能量遞減，并在檢測接收系統(tǒng)上顯示波阻抗界面。如果混凝土內部結構比較松散，存在蜂窩結構或孔洞，高頻彈性脈沖波會發(fā)生繞射或散射，波觸及界面的呈現特征及能量衰減頻率會發(fā)生變化，具有一定的規(guī)律性。可以通過這些規(guī)律，了解檢測區(qū)域樁基混凝土密度參數。不同高度、不同面的樁基所呈現的超聲波動特征存在差異，通過系統(tǒng)性處理與分析，可以找出混凝土結構內部是否存在缺陷問題及缺陷大小、空間位置等相關信息，并以此為依據，判斷公路橋梁樁基混凝土結構是否完整，質地是否均勻等。

3.3 超聲回彈綜合法

為了更好地控制施工成本，一般在規(guī)模化應用施工技術之前，會先小面積地開展施工技術方案試驗，以驗證施工技術的可行性，保障工程施工質量滿足施工設計要求。超聲回彈綜合法是施工環(huán)節(jié)質量控制中經常使用的檢測技術，可細分為超聲回彈與回彈法。兩者均屬于常用的無損檢測技術，合理混合使用，可以彌補單一檢測的缺陷，最大化地減少樁基質量檢測的誤差，進而更好地保障公路橋梁樁基檢測的科學性。與貫入阻力法等破壞性檢測技術相比，超聲回彈綜合法的工作量更小，操作更加便捷，且無須破壞樁基結構。在公路橋梁樁基檢測過程中，綜合分析構件表面的塑性與彈性性能、密實度等狀況，通過物理測量方式提高無損檢測的精度。在檢測環(huán)節(jié)，要結合公路橋梁施工方案，分設檢測小組，確保各檢測小組采取同樣的施工流程及養(yǎng)護管理方案，然后對不同檢測小組的混凝土材料配比進行調整，以提高混凝土材料配比方案檢測的精度。值得注意的是，在公路橋梁樁基檢測中應用超聲回彈綜合法，要嚴格遵照《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規(guī)程》（CECS 02：2005）要求，盡量多選擇幾處檢測點，并采用相應的超聲聲速計算公式、綜合測強曲線去科學判斷公路橋梁樁基的試件質量[3]。

3.4 電磁感應法

在公路橋梁樁基檢測中應用電磁感應法，需要配置專業(yè)的檢測儀器。該儀器的主要結構為鐵芯、線圈、銜鐵等。電磁感應法以電磁自感式傳感器原理為應用基礎，依托傳感器中的銜鐵、鐵芯進行磁傳導，銜鐵移動時，氣隙厚度與磁路中的磁阻同步發(fā)生變化，導致感應線圈電感值出現波動。根據檢測點電感值的變化情況，推斷公路橋梁樁基質量。電磁感應法會受到鋼筋排列方式、焊網形式等樁基內部結構的影響。如果混凝土結構鋼筋中含有雜質或發(fā)生銹蝕，那么電磁感應法的檢測結果就可能存在誤差。此外，電磁感應法還會受到混凝土材料及鋼筋保護層的影響，在較厚的鋼筋保護層中發(fā)生磁損，混凝土電磁特性不穩(wěn)，使得電磁波傳播衰減，從而影響電磁感應的檢測精度。因此，為最大限度地減少電磁感應法的應用誤差，要盡量遠離磁場。結合影響應用精度的因素，如鋼筋排列方式、鋼筋直徑、鋼筋保護層等，調整電磁感應法應用的電磁強度，加強對效果系數的關注與分析力度，以提升專業(yè)檢測儀器的分析計算能力。

3.5 沖擊回波法

混凝土結構是公路橋梁樁基的主要成分，會隨著外界環(huán)境、荷載等變化出現內部裂紋。如果得不到有效養(yǎng)護，就會持續(xù)擴展，嚴重威脅樁基結構的穩(wěn)定性。沖擊回波法以應力波為原理，主要包含帶表面波沖擊回波、IES 掃描式沖擊回波等。在實際應用中，需要結合公路橋梁樁基的實際情況進行選擇，以獲取精準的樁基結構厚度及缺陷問題。帶表面波沖擊回波主要用于公路橋梁樁基混凝土厚度檢測中，無須取芯標定。IES 掃描式沖擊回波技術是信息化技術發(fā)展的產物，依托ES 掃描式沖擊回波系統(tǒng)可以高效完成公路橋梁樁基質量檢測，及時掌握樁基施工情況，并將樁基結構缺陷等生成直觀可見的三維成像圖。

此外，針對檢測厚度低于5cm 的板狀樁基結構，采用超薄型沖擊回波可以有效提升公路橋梁樁基質量檢測精度。

3.6 回彈法

回彈法的應用離不開回彈儀，而回彈儀的精度會直接影響實際的檢測結果。因此，應嚴格按照樁基檢測規(guī)范使用相對應的回彈儀設備，并加大對回彈儀的檢定力度，尤其是在鋼鉆率定值不達標的情況下。當然，為保障公路橋梁樁基檢測結果的有效性，應充分掌握樁基施工所用的模板類型、結構尺寸、混凝土材料配比等，并結合實際情況實施部位檢測或構件檢測。無論采用哪種檢測技術都要適當增加檢測區(qū)點位，檢測區(qū)面積應小于0.04m3，并將檢測區(qū)點數控制在10 個以上，相鄰檢測區(qū)間距約為2cm，同時檢測區(qū)與施工縫及構件端部的距離應控制在50cm 以內[4]。在獲取不同檢測區(qū)的讀數后，要計算平均值，并將讀數精準至小數點后一位。值得注意的是，應結合檢測區(qū)的實際情況，合理選擇計算公式，適當修正非水平狀態(tài)混凝土側面的回彈值，以獲取檢測區(qū)的測強曲線。

3.7 高應變檢測法

高應變檢測法在檢測樁基的最高承載力方面很有優(yōu)勢，尤其對于摩擦型樁基，檢測精度高，合理應用可以有效保障公路橋梁樁基的完整性。使用這種方法需要施加一個豎向荷載，然后通過相關檢測傳感器收集豎向荷載的傳播速度，分析在荷載狀態(tài)下聲波能量傳播的曲線變化，以掌握樁基的承載性能。為減少雜物對聲波傳導的影響，應事先做好公路橋梁樁基清理及頂部平整度檢查工作。此外，還應在樁基兩側部位分別安裝檢測傳感器，使傳感器高度與樁基軸線高度保持一致。

3.8 低應變檢測法

低應變檢測法是從應力波理論與動測技術、樁基檢測技術等發(fā)展而來的產物，是一種行之有效的公路橋梁樁基檢測技術。在具體應用中，會采用錘擊力棒在樁頂施加一定的沖擊，樁身、樁底會發(fā)生明顯振動；該振動由樁底向樁身傳導過程中會產生應力波，在樁頂設置傳感器即可收集應力波信號，生成動態(tài)波形；然后，通過收集的動態(tài)波形，判定樁基是否存在質量問題。針對需要較大錘擊力度的樁基，除了要選擇重型力棒，還應配置尼龍質錘擊頭，以形成足夠的脈沖寬度。

4 優(yōu)化無損檢測技術在公路橋梁樁基檢測中應用效果的策略

4.1 合理選擇檢測技術

隨著科學技術的發(fā)展，無損檢測技術種類越來越多，不同技術在應用范圍、應用優(yōu)勢上存有差異。因此，應結合公路橋梁類型、樁基特點、地質條件等檢測實際情況，合理選擇相對應的檢測技術，以提高無損檢測的精度，確保無損檢測技術的有效應用。比如，針對齡期在10d 以上、樁長較長的樁基，宜結合樁身混凝土的強度，選取低應變檢測法。針對齡期在14d以上、樁徑在0.6～10m 的樁基，宜采用超聲法。針對高速鐵路等較長樁基的工程，宜采用激振法，操作更為便捷，只需借助一些微小指數即可掌握柱底反射情況[5]。

4.2 優(yōu)化檢測技術故障處理

無損檢測技術在應用過程中難免會發(fā)生一些突發(fā)情況，如檢測信號接收不穩(wěn)定，或信號突然中斷等。對檢測技術故障的處理效率直接影響公路橋梁樁基檢測效率，因此要加強對檢測技術故障處理的研究力度。一般情況下，信號不穩(wěn)定多與聲測管缺水、檢測設備發(fā)生故障相關，專業(yè)檢測人員應結合觀察到的異常狀況，有針對性地進行逐一排查。首先，應向聲測管內注入一定的水，如果異常狀況停止，即信號接收正常，說明是聲測管操作環(huán)節(jié)存在失誤；如果故障問題沒有得到解決，但撤掉聲測管后，波形變化仍然劇烈，則說明檢測設備發(fā)生了故障，應做維修或更換處置。如果在檢測過程中，檢測的所有樁頭采樣點聲速、幅度快速下降，應檢查在剔除樁頭時，是否造成了聲測管與混凝土的局部破損，并在聲測管外壁噴灑適量的清水。

4.3 提升數據收集與分析水平

數據收集與分析水平在很大程度上影響無損檢測技術應用的實效性，檢測人員應做好公路橋梁樁基檢測過程中數據收集與分析工作，對比樁基施工的相關技術參數等因素，判斷樁基是否存在質量問題。確保檢測數據收集的精確性與完整性，綜合分析各項數據及加密性檢測數據，針對不確定環(huán)節(jié)開展重復性檢測。

5 結語

總而言之，樁基是公路橋梁工程的重要基礎性結構。在工程建設過程中，加強樁基檢測是保障公路橋梁工程質量的重要舉措。相關部門應加大對無損檢測技術的研究力度，切實提升無損檢測技術的應用水平。