無損檢測技術(shù)在公路橋梁樁基檢測中的應(yīng)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(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國公共交通運(yùn)輸行業(yè)迅猛發(fā)展，作為交通基礎(chǔ)設(shè)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(shù)逐漸被應(yīng)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(qiáng)化樁基檢測力度等方面發(fā)揮重要作用，是新時(shí)期保證公路橋梁工程質(zhì)量、滿足公路橋梁工程發(fā)展需求的重要路徑。加強(qiáng)對無損檢測技術(shù)在公路橋梁樁基檢測中應(yīng)用的研究具有極高的現(xiàn)實(shí)意義。

1 無損檢測技術(shù)應(yīng)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(shù)與無損檢測技術(shù)。這兩種檢測技術(shù)在操作方法、操作效果及影響上有顯著的差異。

應(yīng)用破壞性檢測技術(shù)會影響公路橋梁的結(jié)構(gòu)及性能，且檢測效率低下，檢測結(jié)果滯后，還需消耗大量的時(shí)間與精力。

應(yīng)用無損檢測技術(shù)不會對公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，不影響其后續(xù)使用性能。而且科學(xué)應(yīng)用無損檢測技術(shù)能夠有效檢查公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的缺陷問題，直觀地反映樁基內(nèi)部缺陷所在的位置、大小等情況，檢測結(jié)果更為直觀，且操作更加便捷。無損檢測技術(shù)憑借顯著的技術(shù)優(yōu)勢在公路橋梁樁基檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。

通過多次檢測，與結(jié)果對比分析，可以更好地落實(shí)公路橋梁樁基施工的質(zhì)量控制工作，且檢測結(jié)果也可作為后續(xù)工程驗(yàn)收的技術(shù)資料。由此可見，在公路橋梁樁基檢測中，科學(xué)應(yīng)用無損檢測技術(shù)有助于提高公路橋梁樁基的檢測質(zhì)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(jīng)濟(jì)效益與社會效益具有積極的促進(jìn)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(jīng)常出現(xiàn)的問題，會直接影響樁基的承載力及結(jié)構(gòu)安全，是影響公路橋梁工程質(zhì)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(jī)械設(shè)備使用不當(dāng)、施工技術(shù)應(yīng)用不規(guī)范，導(dǎo)致樁基成孔后灌注的混凝土前樁直徑小于施工設(shè)計(jì)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(shí)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(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范配置混凝土材質(zhì)并攪拌混凝土。如果混凝土攪拌不均勻，出現(xiàn)樁基離析，就會影響其灌注凝固后的強(qiáng)度性能，從而導(dǎo)致公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)。

2.3 樁基接樁問題

公路橋梁樁基施工通常使用預(yù)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(yán)格按照施工設(shè)計(jì)要求實(shí)施冷卻處理，就可能導(dǎo)致接樁位置銜接不牢固，出現(xiàn)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(yán)格按照施工設(shè)計(jì)規(guī)范配置施工材料，導(dǎo)致泥漿占比較大，或沒有及時(shí)徹底清除塌孔，就會因公路橋梁樁基沉渣過厚，影響樁基質(zhì)量。受施工技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)影響，施工人員沒有合理應(yīng)用混凝土，導(dǎo)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(jié)構(gòu)安全的問題。

3 公路橋梁樁基檢測中常用的無損檢測技術(shù)

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(jìn)行測量，并生成直觀可見的熱像圖[2]?；炷潦枪窐蛄簶痘┕さ闹饕牧?，混凝土?xí)蛲饨绨l(fā)出紅外線，使用專業(yè)儀器測量樁基混凝土的熱量，結(jié)合其是否存在熱傳導(dǎo)改變、溫度表面分布異常等，判定樁基內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)是否存在缺陷。同時(shí)，將檢測到的熱量數(shù)據(jù)導(dǎo)入成像儀，可以獲取樁基混凝土的熱像圖，進(jìn)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(jìn)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(jié)果直觀、精準(zhǔn)。在檢測混凝土結(jié)構(gòu)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(yīng)用于公路橋梁樁基質(zhì)量檢測中，在檢測樁基是否存在混凝土離析、斷裂、夾泥等質(zhì)量缺陷方面具有顯著優(yōu)勢，能夠?qū)z測物體質(zhì)量進(jìn)行客觀評價(jià)，且檢測過程不會對樁基產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)波動特點(diǎn)，從而對樁基質(zhì)量做出判斷。如果混凝土結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)比較松散，存在蜂窩結(jié)構(gòu)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(xiàn)特征及能量衰減頻率會發(fā)生變化，具有一定的規(guī)律性?？梢酝ㄟ^這些規(guī)律，了解檢測區(qū)域樁基混凝土密度參數(shù)。不同高度、不同面的樁基所呈現(xiàn)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(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在缺陷問題及缺陷大小、空間位置等相關(guān)信息，并以此為依據(jù)，判斷公路橋梁樁基混凝土結(jié)構(gòu)是否完整，質(zhì)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(yīng)用施工技術(shù)之前，會先小面積地開展施工技術(shù)方案試驗(yàn)，以驗(yàn)證施工技術(shù)的可行性，保障工程施工質(zhì)量滿足施工設(shè)計(jì)要求。超聲回彈綜合法是施工環(huán)節(jié)質(zhì)量控制中經(jīng)常使用的檢測技術(shù)，可細(xì)分為超聲回彈與回彈法。兩者均屬于常用的無損檢測技術(shù)，合理混合使用，可以彌補(bǔ)單一檢測的缺陷，最大化地減少樁基質(zhì)量檢測的誤差，進(jìn)而更好地保障公路橋梁樁基檢測的科學(xué)性。與貫入阻力法等破壞性檢測技術(shù)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(jié)構(gòu)。在公路橋梁樁基檢測過程中，綜合分析構(gòu)件表面的塑性與彈性性能、密實(shí)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(jié)合公路橋梁施工方案，分設(shè)檢測小組，確保各檢測小組采取同樣的施工流程及養(yǎng)護(hù)管理方案，然后對不同檢測小組的混凝土材料配比進(jìn)行調(diào)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(yīng)用超聲回彈綜合法，要嚴(yán)格遵照《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS 02：2005）要求，盡量多選擇幾處檢測點(diǎn)，并采用相應(yīng)的超聲聲速計(jì)算公式、綜合測強(qiáng)曲線去科學(xué)判斷公路橋梁樁基的試件質(zhì)量[3]。

3.4 電磁感應(yīng)法

在公路橋梁樁基檢測中應(yīng)用電磁感應(yīng)法，需要配置專業(yè)的檢測儀器。該儀器的主要結(jié)構(gòu)為鐵芯、線圈、銜鐵等。電磁感應(yīng)法以電磁自感式傳感器原理為應(yīng)用基礎(chǔ)，依托傳感器中的銜鐵、鐵芯進(jìn)行磁傳導(dǎo)，銜鐵移動時(shí)，氣隙厚度與磁路中的磁阻同步發(fā)生變化，導(dǎo)致感應(yīng)線圈電感值出現(xiàn)波動。根據(jù)檢測點(diǎn)電感值的變化情況，推斷公路橋梁樁基質(zhì)量。電磁感應(yīng)法會受到鋼筋排列方式、焊網(wǎng)形式等樁基內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。如果混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋中含有雜質(zhì)或發(fā)生銹蝕，那么電磁感應(yīng)法的檢測結(jié)果就可能存在誤差。此外，電磁感應(yīng)法還會受到混凝土材料及鋼筋保護(hù)層的影響，在較厚的鋼筋保護(hù)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(yīng)的檢測精度。因此，為最大限度地減少電磁感應(yīng)法的應(yīng)用誤差，要盡量遠(yuǎn)離磁場。結(jié)合影響應(yīng)用精度的因素，如鋼筋排列方式、鋼筋直徑、鋼筋保護(hù)層等，調(diào)整電磁感應(yīng)法應(yīng)用的電磁強(qiáng)度，加強(qiáng)對效果系數(shù)的關(guān)注與分析力度，以提升專業(yè)檢測儀器的分析計(jì)算能力。

3.5 沖擊回波法

混凝土結(jié)構(gòu)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(xiàn)內(nèi)部裂紋。如果得不到有效養(yǎng)護(hù)，就會持續(xù)擴(kuò)展，嚴(yán)重威脅樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。沖擊回波法以應(yīng)力波為原理，主要包含帶表面波沖擊回波、IES 掃描式?jīng)_擊回波等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合公路橋梁樁基的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，以獲取精準(zhǔn)的樁基結(jié)構(gòu)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(biāo)定。IES 掃描式?jīng)_擊回波技術(shù)是信息化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，依托ES 掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)可以高效完成公路橋梁樁基質(zhì)量檢測，及時(shí)掌握樁基施工情況，并將樁基結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，采用超薄型沖擊回波可以有效提升公路橋梁樁基質(zhì)量檢測精度。

3.6 回彈法

回彈法的應(yīng)用離不開回彈儀，而回彈儀的精度會直接影響實(shí)際的檢測結(jié)果。因此，應(yīng)嚴(yán)格按照樁基檢測規(guī)范使用相對應(yīng)的回彈儀設(shè)備，并加大對回彈儀的檢定力度，尤其是在鋼鉆率定值不達(dá)標(biāo)的情況下。當(dāng)然，為保障公路橋梁樁基檢測結(jié)果的有效性，應(yīng)充分掌握樁基施工所用的模板類型、結(jié)構(gòu)尺寸、混凝土材料配比等，并結(jié)合實(shí)際情況實(shí)施部位檢測或構(gòu)件檢測。無論采用哪種檢測技術(shù)都要適當(dāng)增加檢測區(qū)點(diǎn)位，檢測區(qū)面積應(yīng)小于0.04m3，并將檢測區(qū)點(diǎn)數(shù)控制在10 個(gè)以上，相鄰檢測區(qū)間距約為2cm，同時(shí)檢測區(qū)與施工縫及構(gòu)件端部的距離應(yīng)控制在50cm 以內(nèi)[4]。在獲取不同檢測區(qū)的讀數(shù)后，要計(jì)算平均值，并將讀數(shù)精準(zhǔn)至小數(shù)點(diǎn)后一位。值得注意的是，應(yīng)結(jié)合檢測區(qū)的實(shí)際情況，合理選擇計(jì)算公式，適當(dāng)修正非水平狀態(tài)混凝土側(cè)面的回彈值，以獲取檢測區(qū)的測強(qiáng)曲線。

3.7 高應(yīng)變檢測法

高應(yīng)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(yīng)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(gè)豎向荷載，然后通過相關(guān)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(dǎo)的影響，應(yīng)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(yīng)在樁基兩側(cè)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(yīng)變檢測法

低應(yīng)變檢測法是從應(yīng)力波理論與動測技術(shù)、樁基檢測技術(shù)等發(fā)展而來的產(chǎn)物，是一種行之有效的公路橋梁樁基檢測技術(shù)。在具體應(yīng)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(dǎo)過程中會產(chǎn)生應(yīng)力波，在樁頂設(shè)置傳感器即可收集應(yīng)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(zhì)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(yīng)配置尼龍質(zhì)錘擊頭，以形成足夠的脈沖寬度。

4 優(yōu)化無損檢測技術(shù)在公路橋梁樁基檢測中應(yīng)用效果的策略

4.1 合理選擇檢測技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)種類越來越多，不同技術(shù)在應(yīng)用范圍、應(yīng)用優(yōu)勢上存有差異。因此，應(yīng)結(jié)合公路橋梁類型、樁基特點(diǎn)、地質(zhì)條件等檢測實(shí)際情況，合理選擇相對應(yīng)的檢測技術(shù)，以提高無損檢測的精度，確保無損檢測技術(shù)的有效應(yīng)用。比如，針對齡期在10d 以上、樁長較長的樁基，宜結(jié)合樁身混凝土的強(qiáng)度，選取低應(yīng)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(shù)即可掌握柱底反射情況[5]。

4.2 優(yōu)化檢測技術(shù)故障處理

無損檢測技術(shù)在應(yīng)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(shù)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(qiáng)對檢測技術(shù)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(shè)備發(fā)生故障相關(guān)，專業(yè)檢測人員應(yīng)結(jié)合觀察到的異常狀況，有針對性地進(jìn)行逐一排查。首先，應(yīng)向聲測管內(nèi)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(shè)備發(fā)生了故障，應(yīng)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(diǎn)聲速、幅度快速下降，應(yīng)檢查在剔除樁頭時(shí)，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(shù)據(jù)收集與分析水平

數(shù)據(jù)收集與分析水平在很大程度上影響無損檢測技術(shù)應(yīng)用的實(shí)效性，檢測人員應(yīng)做好公路橋梁樁基檢測過程中數(shù)據(jù)收集與分析工作，對比樁基施工的相關(guān)技術(shù)參數(shù)等因素，判斷樁基是否存在質(zhì)量問題。確保檢測數(shù)據(jù)收集的精確性與完整性，綜合分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)及加密性檢測數(shù)據(jù)，針對不確定環(huán)節(jié)開展重復(fù)性檢測。

5 結(jié)語

總而言之，樁基是公路橋梁工程的重要基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)。在工程建設(shè)過程中，加強(qiáng)樁基檢測是保障公路橋梁工程質(zhì)量的重要舉措。相關(guān)部門應(yīng)加大對無損檢測技術(shù)的研究力度，切實(shí)提升無損檢測技術(shù)的應(yīng)用水平。