橋梁樁基檢測中混凝土超聲波檢測技術(shù)探討

摘要 橋梁樁基是橋梁工程中非常重要的部分，其質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的安全性和可靠性。因此，對橋梁樁基進行檢測是橋梁工程建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)。在橋梁樁基檢測中，混凝土超聲波檢測技術(shù)被廣泛應(yīng)用，該技術(shù)具有無損、快捷、準(zhǔn)確的優(yōu)點，能夠提供準(zhǔn)確的混凝土質(zhì)量信息，為橋梁工程的安全性和可靠性提供有力保障。文章嘗試對橋梁樁基檢測領(lǐng)域中混凝土超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用要點進行總結(jié)分析，對常見的超聲波檢測技術(shù)類型進行總結(jié)歸納，最后結(jié)合工程實例，探討混凝土超聲波檢測技術(shù)在樁基檢測中的具體應(yīng)用，值得業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。

關(guān)鍵詞 超聲波檢測；混凝土；橋梁；樁基

中圖分類號 U446 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0145-03

0 引言

超聲波檢測技術(shù)是一種利用超聲波的物理特性對材料進行檢測的方法。在橋梁樁基檢測中，超聲波檢測技術(shù)主要利用超聲波的反射、透射、散射等特性[1]，對橋梁樁基中的混凝土進行全面檢測。該技術(shù)具有無損、快捷、準(zhǔn)確的優(yōu)點，能夠提供準(zhǔn)確的混凝土質(zhì)量信息，為橋梁工程的安全性和可靠性提供有力保障[2-4]。該文嘗試對橋梁樁基檢測領(lǐng)域中混凝土超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用要點進行總結(jié)分析，僅供參考。

1 常見混凝土超聲波檢測技術(shù)

首先是樁內(nèi)單孔透射法。在現(xiàn)代建筑工程中，超聲波檢測技術(shù)已成為混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制的重要手段。樁內(nèi)單孔透射法是該技術(shù)中的一種方法，它通過在一根樁內(nèi)設(shè)置一個超聲波探頭，對混凝土進行縱向和橫向的掃描，從而獲得混凝土的聲速、密度等物理參數(shù)。這種方法操作簡單，但對樁基內(nèi)部缺陷的檢測精度較低[5]。樁內(nèi)單孔透射法的原理：①超聲波探頭：通過探頭向混凝土發(fā)射超聲波，測量超聲波在混凝土中的傳播速度和反射信號。②縱向掃描：探頭在樁內(nèi)沿著混凝土的縱向方向移動，獲取混凝土的縱向聲速和密度。③橫向掃描：探頭在樁內(nèi)進行橫向移動，獲取混凝土的橫向聲速和密度。④數(shù)據(jù)分析：根據(jù)接收的反射信號計算出混凝土的物理參數(shù)，如聲速、密度等，盡管樁內(nèi)單孔透射法具有操作簡便的優(yōu)點，但在檢測樁基內(nèi)部缺陷時，其精度較低。原因在于，該方法僅通過一個探頭進行檢測，無法對樁基內(nèi)部進行全面掃描。此外，超聲波在混凝土中的傳播受到混凝土結(jié)構(gòu)和噪聲的影響，可能導(dǎo)致檢測結(jié)果的偏差。

其次是樁外透射法。超聲波檢測法是一種非破壞性檢測方法，其主要原理是利用超聲波在混凝土中傳播的速度和衰減特性來判斷混凝土的物理性能。超聲波探頭發(fā)射的超聲波穿過混凝土后，由接收器接收并計算傳播時間，從而得到混凝土的聲速。同時，通過分析超聲波信號的衰減程度，可以評估混凝土的密度和均勻性。與其他檢測技術(shù)相比，該方法的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：①高檢測精度：與樁內(nèi)單孔透射法相比，超聲波檢測法具有更高的檢測精度，能更準(zhǔn)確地反映混凝土樁基的實際情況。②安全性：超聲波檢測法是一種非破壞性檢測方法，對混凝土樁基沒有損害，不影響其使用壽命。③適用性廣泛：超聲波檢測法適用于各種類型的混凝土樁基，包括預(yù)制樁、灌注樁等。④操作簡便：超聲波檢測設(shè)備操作簡便，檢測過程易于掌握，便于在施工現(xiàn)場推廣應(yīng)用。

最后是跨孔透射法。該方法作為超聲波檢測技術(shù)中最為關(guān)鍵的檢測技術(shù)手段之一，需要將聲測管埋設(shè)于樁基內(nèi)部，測量時通過向聲測管內(nèi)注入清水的方式，并依賴于所配置的換能器裝置的應(yīng)用，使聲波脈沖信號自發(fā)射換能器裝置透射至混凝土以及耦合水內(nèi)部[6]，并最終傳遞至接收換能器裝置中，將所接收聲波范圍作為有效檢測范圍?，F(xiàn)場聲測管的布置方案如圖1所示。

2 工程實例

2.1 工程概況

某橋梁工程項目位于A市西北區(qū)，橋梁總長度為505.0 m，橋梁結(jié)構(gòu)形式為4*20.0 m連續(xù)梁高低塔二跨中央雙索面斜拉橋。橋梁上部采用雙向4車道建設(shè)方案，全寬實測值為24.5 m，現(xiàn)場總配置樁基數(shù)量為44根，樁基樁徑在1 200～2 800 mm范圍內(nèi)?，F(xiàn)場橋梁樁基檢測結(jié)構(gòu)形式為鉆孔灌注樁，樁徑為2.8 m，樁長為20 m，現(xiàn)場共配置4根預(yù)埋聲測管，現(xiàn)場樁基混凝土灌注作業(yè)結(jié)束4周后進行樁基檢測工作。現(xiàn)場配置條件如下：首先，結(jié)合既往樁基檢測經(jīng)驗，分析聲波測量技術(shù)優(yōu)勢，重點探討如何通過消除疊加波方式提升檢測精度的有效措施，為現(xiàn)場檢測作業(yè)的開展奠定基礎(chǔ)。其次，對樁頭進行處理，表面磨平，為后續(xù)檢測奠定基礎(chǔ)。聲測管內(nèi)部雜質(zhì)安排專人有效去除，確保后續(xù)檢測精確可靠。最后，從設(shè)備配置角度來說，為滿足超聲波檢測技術(shù)應(yīng)用要求，現(xiàn)場配置超聲波檢測儀以及振動換能器裝置。

2.2 檢測內(nèi)容

在現(xiàn)場樁基檢測期間，落實以下工作內(nèi)容：第一，對現(xiàn)場配置聲測管平行性進行檢測，重點評估聲測管的平行狀態(tài)，實測數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)場配置4根聲測管平行數(shù)據(jù)小，誤差處于可控范疇內(nèi)。第二，對聲測管距離進行測量，檢測聲測管在橋梁樁基中與外壁的實際距離，實測數(shù)據(jù)顯示聲測管距離為2 360 mm。第三，對聲測管管徑進行測定，參數(shù)為57 mm，管壁厚度為3.5 mm，對測量結(jié)果影響小。正式檢測過程中選用平測方案，配合對換能器裝置的應(yīng)用展開測量。同時，為控制誤差水平，嘗試借助于水平儀進行校準(zhǔn)，檢測期間安排專人對頻率以及振幅進行合理調(diào)節(jié)，以保障測量效果達到理想狀態(tài)。其中，基于發(fā)射器數(shù)據(jù)控制工作頻率，結(jié)合聲波檢測儀結(jié)果參數(shù)控制振幅。一旦出現(xiàn)異常缺陷，需對數(shù)據(jù)進行記錄。通過該次檢測，發(fā)現(xiàn)樁基內(nèi)部存在明顯的混凝土不均勻現(xiàn)象，具體來說，在樁基的不同深度位置，混凝土的聲速、聲幅等參數(shù)存在明顯的變化。這些變化可能與混凝土的密實度、強度等因素有關(guān)。同時，也發(fā)現(xiàn)了一些異常區(qū)域，這些區(qū)域的聲速、聲幅等參數(shù)明顯低于正常區(qū)域，這可能是由于樁基內(nèi)部存在裂縫、空洞等缺陷所導(dǎo)致的。針對這些異常區(qū)域，進行了進一步的檢測和分析，通過對比不同深度位置的聲速、聲幅等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)這些異常區(qū)域在樁基內(nèi)部具有一定的連續(xù)性和規(guī)律性，這為進一步了解樁基內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和性能提供了有力的依據(jù)。此外，還結(jié)合其他檢測手段和數(shù)據(jù)分析方法，對樁基的完整性和安全性進行了全面的評估。最終，得出了該橋梁樁基存在一定程度的混凝土不均勻和缺陷的結(jié)論。通過該次檢測和分析，可以得出以下結(jié)論：第一，橋梁樁基內(nèi)部存在混凝土不均勻現(xiàn)象，這可能與混凝土的密實度、強度等因素有關(guān)。第二，在樁基內(nèi)部存在一些異常區(qū)域，這些區(qū)域的聲速、聲幅等參數(shù)明顯低于正常區(qū)域，可能是由于樁基內(nèi)部存在裂縫、空洞等缺陷所導(dǎo)致的。第三，需要對橋梁樁基進行進一步的加固和修復(fù)處理，以確保橋梁的安全性和穩(wěn)定性?？傊?，該次檢測和分析為全面了解橋梁樁基的結(jié)構(gòu)和性能提供了有力的依據(jù)。同時，也為后續(xù)的加固和修復(fù)工作提供了重要的參考。

2.3 檢測方法

在該橋梁樁基檢測工程中，跨孔透射法表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。由于該方法需要將聲測管埋設(shè)于樁基內(nèi)部，因此需要對聲測管的布置方案進行詳細(xì)設(shè)計。具體的檢測方案如圖2所示。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，該工程采用了正方形布置方案，并針對不同的樁基情況，采取了不同的聲測管布置方案。在檢測過程中，采用了超聲波檢測技術(shù)中的跨孔透射法。為了提高檢測結(jié)果的精確性，該工程采用了同步提升換能器裝置高度的方式，支持平測功能的實現(xiàn)。同時，工作人員還通過使換能器裝置發(fā)射、接收端產(chǎn)生高度差的方式，引導(dǎo)測量超聲波信號形成一定斜角。一旦檢測到內(nèi)部異物或裂紋問題，可以第一時間對高度差所形成的聲波網(wǎng)進行調(diào)節(jié)，交叉測量裂紋點數(shù)據(jù)信號。在橋梁樁基檢測工程中，采用了便攜式超聲波檢測儀以及振動換能器裝置，通過對超聲波的測量和分析，可得到樁基混凝土的固結(jié)情況和內(nèi)部缺陷等重要信息。同時，還對聲測管進行了平行性檢測、距離測量和管徑測定等準(zhǔn)備工作。在正式檢測過程中，采用了平測方案并進行多次測量以控制誤差水平。在該橋梁樁基檢測工程中，不僅采用了先進的超聲波檢測技術(shù)，還結(jié)合了傳統(tǒng)的檢測方法，如對樁頭進行處理、磨平等工作。通過這些綜合措施的實施，成功地完成了對橋梁樁基的全面檢測。最終的檢測結(jié)果顯示，該橋梁樁基工程中未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷和問題，為后續(xù)施工提供了可靠的基礎(chǔ)?？偟膩碚f，在該橋梁樁基檢測工程中，充分發(fā)揮了跨孔透射法的優(yōu)勢，結(jié)合了多種檢測方法和技術(shù)措施，成功地完成了對樁基的全面檢測。

2.4 檢測結(jié)果

結(jié)合工程實際情況，現(xiàn)場布設(shè)一系列測點，超聲波檢測儀觀測數(shù)據(jù)如下：204#測點對應(yīng)檢測深度為17.6 m，跨距參數(shù)為2 360 mm，聲時參數(shù)為173 ms，波幅參數(shù)為97.1 nV，主頻參數(shù)為41.2 kHz；205#測點對應(yīng)檢測深度為17.8 m，跨距參數(shù)為2 360 mm，聲時參數(shù)為173 ms，波幅參數(shù)為96.4 nV，主頻參數(shù)為412 kHz；206#測點對應(yīng)檢測深度為18 m，跨距參數(shù)為2 360 mm，聲時參數(shù)為174 ms，波幅參數(shù)為96 nV，主頻參數(shù)為41.2 kHz；207#測點對應(yīng)檢測深度為18.2 m，跨距參數(shù)為2 360 mm，聲時參數(shù)為173 ms，波幅參數(shù)為97.6 nV，主頻參數(shù)為43.1 kHz；208#測點對應(yīng)檢測深度為18.4 m，跨距參數(shù)為2 360 mm，聲時參數(shù)為177 ms，波幅參數(shù)為96.5 nV，主頻參數(shù)為41.2 kHz；209#測點對應(yīng)檢測深度為18.6 m，跨距參數(shù)為2 360 mm，聲時參數(shù)為179 ms，波幅參數(shù)為96.8 nV，主頻參數(shù)為41.2 kHz；210#測點對應(yīng)檢測深度為18.8 m，跨距參數(shù)為2 360 mm，聲時參數(shù)為180 ms，波幅參數(shù)為95.6 nV，主頻參數(shù)為37.3 kHz。結(jié)合上述結(jié)果分析，斷面在0～18 m區(qū)域范圍內(nèi)，聲速、波幅均處于正常狀態(tài)。

同時，工程現(xiàn)場對各測管對應(yīng)聲速、振幅進行檢測，所得數(shù)據(jù)結(jié)果如下：1～2#測管，對應(yīng)聲速最大值為3 932 m/s，最小值為3 780 m/s，高差系數(shù)為1.2%，振幅最大值為131 dB，最小值為128 dB，高差系數(shù)為0.8%；1～3#測管，對應(yīng)聲速最大值為3 834 m/s，最小值為3 809 m/s，高差系數(shù)為0.3%，振幅最大值為130 dB，最小值為126 dB，高差系數(shù)為1%；1～4#測管，對應(yīng)聲速最大值為3 892 m/s，最小值為3 822 m/s，高差系數(shù)為0.4%，振幅最大值為132 dB，最小值為127 dB，高差系數(shù)為0.9%；2～3#測管，對應(yīng)聲速最大值為3 884 m/s，最小值為3 798 m/s，高差系數(shù)為0.4%，振幅最大值為130 dB，最小值為126 dB，高差系數(shù)為0.8%；2～4#測管，對應(yīng)聲速最大值為3 918 m/s，最小值為3 880 m/s，高差系數(shù)為0.3%，振幅最大值為132 dB，最小值為129 dB，高差系數(shù)為0.6%；3～4#測管，對應(yīng)聲速最大值為3 902 m/s，最小值為3 795 m/s，高差系數(shù)為0.8%，振幅最大值為131 dB，最小值為128 dB，高差系數(shù)為0.7%。

2.5 缺陷判定

測試數(shù)據(jù)分析以及缺陷判定需要嚴(yán)格參考現(xiàn)行基樁低應(yīng)變動力檢測規(guī)定，采用PSD判據(jù)確定缺陷類型及其存在范圍，然后考慮測點聲時、聲速等數(shù)據(jù)，繪制深度曲線，作為判定缺陷發(fā)生部位及其類型、大小的重要依據(jù)[7-8]。在混凝土檢測領(lǐng)域，聲時和聲幅是兩項重要的評判參數(shù)，聲時超判據(jù)和聲幅超判據(jù)是評估混凝土質(zhì)量的常用方法。然而，在實際應(yīng)用中會遇到一些特殊情況，這些情況并不能簡單地通過聲時和聲幅的超判據(jù)來判斷。該文將詳細(xì)討論這些特殊情況，并對其進行深入分析。首先，需要了解聲時超判據(jù)。當(dāng)聲時超過判據(jù)時，通常意味著混凝土的強度偏低，這會對樁基基礎(chǔ)的安全性能產(chǎn)生一定的影響。但在實際檢測中，會發(fā)現(xiàn)有些區(qū)域的聲時并未超過判據(jù)，而聲幅卻超過了判據(jù)。這種情況說明，該區(qū)域的混凝土局部存在細(xì)小氣泡或者空洞，這可能會影響混凝土的均勻性，但尚未對樁基基礎(chǔ)的安全性能產(chǎn)生顯著影響。這時，需要對這種情況進行密切關(guān)注，以便及時了解其發(fā)展趨勢。其次，當(dāng)聲時和聲幅都未超過判據(jù)，但波形異常時，也是一種需要關(guān)注的情況。這種現(xiàn)象通常表明，換能器裝置位于混凝土強度變化界面部位，測點存在更大的缺陷風(fēng)險。這種情況下，混凝土的強度變化界面可能會導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，從而使得混凝土的性能發(fā)生變化。因此，在實際工程中，需要對這種現(xiàn)象進行充分了解和分析，以確保樁基基礎(chǔ)的安全性能。如果一個樁的缺陷范圍很大，但是樁身長度較短[9]，那么在缺陷處測得的聲時可能并不會超過標(biāo)準(zhǔn)。這是因為聲時是用來衡量聲波傳播速度的指標(biāo)，當(dāng)缺陷范圍大時，聲波傳播的路徑就會更長，而如果樁身長度較短，那么聲波傳播的實際路程也就更短。因此，在這種情況下，缺陷處的測線聲時并不會超標(biāo)[10]。

另外，如果檢測管彎曲，那么從缺陷處到檢測管的距離就會變得更短。由于距離縮短，聲波傳播的時間也會相應(yīng)縮短。因此，在這種情況下，缺陷處的聲時可能比距離較遠的地方小得多。為了更準(zhǔn)確地判斷是否有缺陷以及缺陷的范圍和程度，需要綜合考慮多個聲學(xué)參數(shù)的臨界值PSD判據(jù)和混凝土聲速低限值等指標(biāo)。

3 結(jié)束語

超聲波檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中具有廣泛的應(yīng)用前景。該技術(shù)能夠提供準(zhǔn)確的混凝土質(zhì)量信息，為橋梁工程的安全性和可靠性提供有力保障。然而，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況選擇合適的檢測方法和方案。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，相信超聲波檢測技術(shù)將在橋梁樁基檢測中發(fā)揮更加重要的作用，為橋梁工程的安全性和可靠性提供更加有力的保障。

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