橋梁混凝土樁基檢測(cè)中超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

羅宏

（中鐵一局集團(tuán)有限公司第三工程分公司，陜西 寶雞 721000）

1 引言

我國(guó)提出了大力發(fā)展交通事業(yè)以提升現(xiàn)代化建設(shè)的戰(zhàn)略舉措。在交通工程建設(shè)中，打造更加安全可靠的現(xiàn)代化橋梁成為建設(shè)施工中的重要一環(huán)，無(wú)論是在城市立體交通建設(shè)中還是在中西部山地丘陵地區(qū)的交通設(shè)施建設(shè)中，橋梁施工技術(shù)都被廣泛應(yīng)用，因此，研發(fā)現(xiàn)代工程檢測(cè)技術(shù)是提升橋梁建設(shè)質(zhì)量水平的重要路徑，對(duì)我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)具有重要意義，其中的超聲波檢測(cè)技術(shù)可以高效地對(duì)橋梁樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，從而更好地保障現(xiàn)代化橋梁工程的施工質(zhì)量。

2 使用聲波透射技術(shù)進(jìn)行橋梁樁基檢測(cè)的方法

使用聲波透射技術(shù)進(jìn)行橋梁樁基檢測(cè)的3種方法分別是：樁內(nèi)單孔透射法、樁外孔透射法和樁內(nèi)跨孔透射法。

2.1 樁內(nèi)單孔透射法

該方法往往作為鉆芯檢測(cè)的一種補(bǔ)充手段使用。所謂樁內(nèi)單孔投射法，就是在樁基內(nèi)部預(yù)留1個(gè)單孔，在孔中安裝1個(gè)換能器，換能器同時(shí)擁有發(fā)射裝置和接收裝置，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)添加隔音材料對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部隔離，換能器發(fā)射超聲波后，超聲波通過(guò)耦合劑穿透到混凝土中，最后返回到不同接收器上，通過(guò)獲得的聲學(xué)參數(shù)可有效測(cè)量混凝土樁基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。需要注意的是，當(dāng)樁基內(nèi)部有鋼管時(shí)，會(huì)嚴(yán)重干擾測(cè)量效果，因此，該方式不能應(yīng)用于有鋼管結(jié)構(gòu)的混凝土樁基測(cè)量中[1]。

2.2 樁外孔透射法

樁外孔透射法適用于沒(méi)有換能器孔洞結(jié)構(gòu)的樁基測(cè)量中。在測(cè)量時(shí)，可選擇在樁基外部土層中鉆取1個(gè)測(cè)量孔進(jìn)行測(cè)量，整個(gè)系統(tǒng)同樣具有發(fā)射換能器、接收換能器和聲波檢測(cè)儀3個(gè)部分，安裝時(shí)，要將發(fā)射換能器貼合在樁基頂部，在鉆取的孔洞中放置接收換能器，這樣接收到的聲波是通過(guò)樁基混凝土和土層的聲波形態(tài)。

該方法操作簡(jiǎn)單，且不會(huì)對(duì)樁基造成破壞，但在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，聲波在透過(guò)土層時(shí)衰減速度很快，因此，該方案對(duì)發(fā)射器的功率要求較高，且不適合長(zhǎng)樁基的測(cè)量，在檢測(cè)方向上，也只能用于判斷樁基是否出現(xiàn)端樁、縮頸等問(wèn)題，若灌注樁剖面不規(guī)則，便會(huì)大大增加測(cè)量誤測(cè)率，因此，該方法需結(jié)合測(cè)試需求酌情選擇[2]。

2.3 跨孔透射法

跨孔透射法是超聲波透射檢測(cè)法中最主要的一種檢測(cè)方法，該方法需在樁基內(nèi)部預(yù)埋2根聲測(cè)管，測(cè)量時(shí)在管內(nèi)注入清水，并在兩管內(nèi)分別放入發(fā)射換能器和接受換能器，在檢測(cè)操作中，聲波脈沖從發(fā)射換能器透射過(guò)混凝土和耦合水后到達(dá)接收換能器，能接收到的聲波范圍就是有效的檢測(cè)范圍。

該檢測(cè)方式雖需預(yù)留2根聲測(cè)管，但在實(shí)測(cè)中具有諸多優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在能夠極大地提升檢測(cè)工作的靈活性。在實(shí)際檢測(cè)中，可通過(guò)同步提升發(fā)射換能器和接收換能器高度的方式進(jìn)行平測(cè)，逐步完成對(duì)整個(gè)樁基的測(cè)量。另外，還能讓發(fā)射換能器和接收換能器之間形成高度差，讓測(cè)量聲波形成一定的斜角，在測(cè)量到內(nèi)部裂紋和異物時(shí)，可不斷調(diào)整高度差形成不同的聲波網(wǎng)，對(duì)裂紋點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉測(cè)量，以得到更精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)；還可以通過(guò)固定一點(diǎn)，只移動(dòng)另一點(diǎn)的扇形測(cè)量方式，收集大量數(shù)據(jù)信息，能夠大大提升測(cè)量的精準(zhǔn)度和可靠度[3]。

3 基于實(shí)際工程的測(cè)量和數(shù)據(jù)分析

3.1 工程概況

廣西天峨縣天峨四橋工程，橋梁總長(zhǎng)459 m，為4×20 m連續(xù)梁+（70+192+110）m的高低塔三跨中央雙索面斜拉橋。大橋采用雙向4車(chē)道，橋梁全寬24.5 m。橋梁總樁數(shù)為44根，樁徑為1200～2800 mm，其中，6#主墩樁徑2800 mm。

此次測(cè)量的橋梁樁基采用鉆孔灌注樁，樁基樁徑2.8 m，樁長(zhǎng)20 m，內(nèi)部有預(yù)埋聲測(cè)管4根，檢測(cè)工作選擇在灌注完成后4周進(jìn)行。

3.2 檢測(cè)準(zhǔn)備

檢測(cè)準(zhǔn)備主要從技術(shù)調(diào)研、環(huán)境控制和儀器準(zhǔn)備3個(gè)方面進(jìn)行。

1）在技術(shù)調(diào)研中，先深入了解了此次橋梁工程的樁基特點(diǎn)，其預(yù)埋的4根聲測(cè)管呈正方形布置，多個(gè)聲測(cè)管的布局非常適合采用跨孔透射法，在具體技術(shù)上結(jié)合以往檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，并吸收借鑒了該布局狀態(tài)下優(yōu)秀的聲波測(cè)量分析技術(shù)，重點(diǎn)探討了消除疊加波提升檢測(cè)精確度的有效措施，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)做好了技術(shù)準(zhǔn)備，并制訂了適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的初步方案。

2）在環(huán)境控制方面，主要操作是定時(shí)檢測(cè)樁基固化效果，保證其固化水平能夠充分達(dá)到超聲波測(cè)量要求，然后在樁頭部分先進(jìn)行了一定的開(kāi)挖和破除樁頭操作，并對(duì)表面進(jìn)行了磨平，為后續(xù)檢測(cè)做準(zhǔn)備，同時(shí)，檢測(cè)并清理聲測(cè)管內(nèi)部雜質(zhì)，保證其后期檢測(cè)結(jié)果的精確性。

3）在設(shè)備的選擇上，選用了超聲波儀及徑向振動(dòng)換能器，本橋梁樁基超聲波檢測(cè)采用ZBL－U5600便攜式超聲儀，該儀器是常用混凝土超聲波探測(cè)儀的改進(jìn)版，具有很好的通用性，能有效完成混凝土缺陷檢測(cè)、基樁完整性檢測(cè)、結(jié)合面質(zhì)量檢測(cè)、材料物理力學(xué)性能檢測(cè)等多項(xiàng)檢測(cè)，在換能器選擇上，選用了發(fā)射縱波的振動(dòng)換能器。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)內(nèi)容主要包括以下3項(xiàng)：（1）聲測(cè)管的平行性測(cè)量，檢測(cè)各個(gè)聲測(cè)管是否完全平行，實(shí)測(cè)顯示4根聲測(cè)管的平行數(shù)據(jù)較小，但在誤差可控范圍內(nèi)；（2）聲測(cè)管之間的距離關(guān)系，以及聲測(cè)管在樁基中距離外壁的實(shí)際距離，測(cè)量結(jié)果為聲測(cè)管之間的距離為2360 mm；（3）測(cè)量聲測(cè)管的管徑為57 mm，管壁厚度為3.5 mm，考慮到管壁厚度對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大，因此，該數(shù)據(jù)被預(yù)留到后期的誤差分析中使用。

在正式開(kāi)始檢測(cè)后，先采用了平測(cè)的方式。在測(cè)量中，采用同步提升發(fā)射換能器和接收換能器的方式進(jìn)行測(cè)量，為了降低誤差，在同步提升中使用了水平儀進(jìn)行校準(zhǔn)，在發(fā)射波的控制中，為了保證測(cè)量效果，整個(gè)過(guò)程都在根據(jù)需求實(shí)時(shí)調(diào)整頻率和振幅，頻率通過(guò)發(fā)射器數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，振幅則根據(jù)聲波監(jiān)測(cè)儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行相對(duì)控制。在偵測(cè)到異常缺陷時(shí)，記錄高度數(shù)據(jù)，完成第一組測(cè)量后，對(duì)剩下的管道進(jìn)行兩兩測(cè)量，將獲取的數(shù)據(jù)輸送到呈現(xiàn)儀中建立大體的數(shù)據(jù)模型，將定性分析轉(zhuǎn)化為定量分析[4]。

3.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析的主要內(nèi)容是：分析聲速數(shù)據(jù)、波幅數(shù)據(jù)和PSD（Power Spectral Density，信號(hào)的功率譜密度）判據(jù)對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)定。測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)表內(nèi)容過(guò)于龐大，表1中是部分檢測(cè)結(jié)果。

表1 部分檢測(cè)結(jié)果

在振幅方面，數(shù)據(jù)參考表2，此次測(cè)量中平測(cè)的衰減標(biāo)準(zhǔn)為衰減6 dB，在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)僅有一處存在衰減略微超過(guò)6 dB平均值的情況，其位置被標(biāo)記為疑似缺陷區(qū)，在后續(xù)的斜角測(cè)量和扇形測(cè)量中鎖定了大致區(qū)域并確定了其缺陷的種類(lèi)完全在可控范圍內(nèi)。

表2 各測(cè)管之間的檢測(cè)數(shù)據(jù)表

結(jié)合表1發(fā)現(xiàn)斷面在0～18 m區(qū)間的聲速、波幅、PSD值均正常，可判定這2個(gè)測(cè)管樁體之間結(jié)構(gòu)基本完好。在18.8～20 m區(qū)間內(nèi)聲速有所下降，但數(shù)據(jù)處于極限限值內(nèi)，且樁基承壓強(qiáng)度通過(guò)了檢測(cè)，該部分?jǐn)?shù)據(jù)波動(dòng)并未對(duì)樁基承壓力產(chǎn)生本質(zhì)性影響，根據(jù)國(guó)家JGJ 106—2014《建筑樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，此樁基符合國(guó)家I類(lèi)樁基檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，可正常投入使用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合此次項(xiàng)目實(shí)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，超聲波檢測(cè)技術(shù)在橋梁樁基檢測(cè)中的確具有操作簡(jiǎn)便，測(cè)量效果直觀、準(zhǔn)確等諸多優(yōu)勢(shì)，但單一的聲波透射法存在不能直接測(cè)量抗壓能力的缺陷，因此，考慮在后續(xù)測(cè)量中再度使用新的測(cè)量方式解決該問(wèn)題，相關(guān)橋梁建設(shè)專家應(yīng)多關(guān)注超聲波測(cè)量技術(shù)并吸收其優(yōu)點(diǎn)，但不能過(guò)度依賴該檢測(cè)方式，在使用其測(cè)量結(jié)果時(shí)要能辯證地進(jìn)行可靠性和準(zhǔn)確性分析。