橋梁樁基檢測超聲波法的運用

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摘要:橋梁樁基施工具有隱蔽性特征，樁基質量問題很難及時發現并有效處理，而樁基質量直接關系到樁基工程的成敗，必須加強橋梁混凝土灌注樁質量檢測。文章以某橋梁工程為例，對超聲波無損檢測技術原理、技術應用及檢測數據分析與缺陷評定進行深入探討。

關鍵詞:超聲波檢測;橋梁工程;樁基檢測

1工程概況

某橋梁54－4樁基采用鉆孔灌注樁，設計樁徑2.0m，樁長75m，聲測管預埋3根，通過超聲波平測法進行樁基灌注樁質量無損檢測，測點布設間距0.80m。本橋梁工程工期緊，在樁身混凝土灌注后第5d即進行超聲檢測，檢測結果表明，信號接收十分微弱，波形嚴重衰減，檢測結果受混凝土齡期影響較大。出于本工程工期緊以及超聲波檢測質量要求的考慮，在樁身混凝土灌注10d后再次超聲檢測，信號接收強度及波形良好，樁基混凝土灌注質量優良。

2技術原理及檢測儀器設備

2.1技術原理。超聲波法在進行橋梁樁基檢測的過程中，其超聲脈沖發射源向樁基混凝土結構發出高頻彈性脈沖波，再通過高精度接收系統進行樁基混凝土結構內脈沖波傳播過程及波動特性的接收與記錄。由于樁基混凝土為多相非均質結構，其結構中聲波的傳播速度具有一定的規律性特征，若聲波傳播路徑中存在裂縫、密實度差異、孔洞、夾泥等缺陷，聲波必須繞過缺陷或通過傳播速度不同的介質，其必將發生衰減，導致傳播時間改變，聲速降低，波幅縮減，波形畸變。混凝土結構內所存在的破損或不連續必將形成波阻抗界面，當脈沖波傳遞至該界面，將引發波透射和反射，影響并降低所接收到的透射波能量;混凝土結構內的孔洞、松散及蜂窩等缺陷將引發脈沖波的散射與繞射。總之，根據脈沖波初始到達時間及波能量衰減特性、變動規律等特征，便能得到混凝土結構密實度參數，判斷出樁基結構內混凝土缺陷的性質、類型及位置。2.2檢測儀器設備。(1)超聲波儀及徑向振動換能器本橋梁樁基超聲波檢測采用ZBL－U520便攜式超聲儀，該超聲脈沖儀對于混凝土缺陷檢測、基樁完整性檢測、結合面質量檢測、材料物理力學性能檢測等具有普遍適用性。本工程采用以縱波發射和接收為目的的振動換能器。(2)聲測管本工程在設計過程中必須將聲測管預埋方式及布設形式在圖紙中明確標示，并根據樁橫截面布局及檢測控制面積嚴格控制聲測管埋置數量，保證檢測結果。

3橋梁樁基質量檢測

3.1檢測準備。本橋梁工程樁基檢測前加強調查與技術資料的收集，深入了解樁基混凝土灌注所采用施工工藝及施工中存在的異常問題，以便于對橋梁樁基混凝土結構缺陷做出初步判斷。將樁基混凝土超聲波檢測時間控制在混凝土灌注樁強度齡期14d后。聲測管的疏通采用直徑大出換能器的圓鋼，并進行聲測管內外徑及相鄰聲測管外壁間距的測量，量測精度控制在±1mm。3.2檢測過程。橋梁樁基混凝土灌注樁超聲檢測時，必須保證換能器發射和接收過程以相同標高升降的同步性，并隨時調整和校準發收換能器的深度位置，為防止高程誤差過大而導致測試誤差的增大，應將相對高程誤差累計值控制在20mm范圍內。混凝土灌注樁質量超聲波透射法檢測的過程中，應加強聲時與波幅的控制，對于混凝土結構內部缺陷波幅比聲時更具敏感性，波幅是相對量，聲時則根據波形起跳點具體情況確定。橋梁樁基灌注樁沿樁長方向質量分布的粗略情況通過常規超聲檢測就能獲取，考慮到局部可疑區域或重要部位則應通過CT層析成像技術并配備專門分析軟件進行加密細側、定量分析。對于同一灌注樁內布設三根及以上聲測管的情況，應以每兩個聲測管為一個測試剖面，并保持測試過程內檢測系統狀態及參數的一致性。3.3檢測數據的分析與缺陷評定。當前主要根據聲速、波幅及PSD判據等進行橋梁樁基質量及混凝土缺陷判別與評定。3.3.1聲速判據。混凝土強度決定著材料的基本物理量———聲速，對于檢測剖面聲速值較低且離散性較小的情況，應通過同條件混凝土試塊預留抗壓強度和聲速對比試驗的結果結合工程所在區域實際經驗進行聲速低限值的判定。與聲速低限值所對應的混凝土強度應至少為0.9R(R為設計強度)，對于鉆孔芯樣試件，其聲速低限值所對應的混凝土強度應至少為0.85R。按照聲速離散系數Cv將橋梁樁基均質性分為四個等級，具體見表1。本橋梁工程樁基混凝土灌注樁聲速離散系數Cv檢測值為3.8，橋梁樁基均質性等級為A級，不存在質量缺陷。3.3.2波幅及其隨樁深變化曲線判據。波幅臨界值按其平均值減6dB確定，若波幅實測值比臨界值低，則應將其確定為疑似缺陷區域。由波幅屬于相對量，橋梁樁基混凝土結構存在較大變異性特征，其波幅統計規律較難確定。3.3.3PSD值判據。本工程采用斜率法進行異常輔助判斷，即當某測點附近PSD值顯著變化，則應作為疑似缺陷區域。依據樁身混凝土均質性、缺陷是否存在及缺陷程度等，將樁身混凝土結構完整性分為四類，具體見表2。本工程橋梁樁基混凝土不同聲測剖面測點處PSD值穩定，聲測剖面各測點處的聲速與波幅均大于臨界值，波形基本正常，屬于Ⅰ類樁。

4結論

超聲波無損檢測技術操作方便，結果精確度高，考慮到橋梁混凝土灌注樁情況的復雜性，針對橋梁樁身斷樁及混凝土離析等展開超聲無損檢測時，應運用不同判據進行各測點質量的檢測與判斷，當不同判據檢測結果都滿足要求時，則可判定該測點樁身質量完好，若任一判據檢測結果不符要求，則表明測點處存在質量缺陷。在諸多判據中，聲幅對于混凝土結構質量缺陷十分敏感，該標準也過于嚴苛，如果聲時、聲速等判斷結果均達標，而聲幅判據曲線不滿足要求，則不應立即認定為測點處存在質量缺陷，還應進一步結合其他判據進行綜合分析，保證結果的準確。

參考文獻

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作者:韓啟星 單位:新疆維吾爾自治區交通運輸工程質量監督局