淺談橋梁基樁檢測技術(shù)

周薇薇

(貴州省公路工程集團有限公司)

1 超聲波法基本原理

混凝土材料的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及密度等可以由聲波在樁體在混凝土中的傳播特性體現(xiàn)出來。根據(jù)波動理論，跨孔透射測試彈射性波波速近似可表示為

式中:E為介質(zhì)楊氏彈性模量;μ為介質(zhì)泊松比;ρ為介質(zhì)密度。

聲波透射法檢測的理論依據(jù)就是聲波在樁體中傳播的參數(shù)(頻率、振幅、聲速等)與混凝土介質(zhì)的物理力學(xué)指標(biāo)(如密度、強度、動態(tài)彈性模量)的關(guān)系。

(1)振幅與混凝土質(zhì)量的關(guān)系

聲波穿過混凝土后的能量衰減程度可以由聲波的振幅所表征，振幅強弱和粘塑性有關(guān)。振幅明顯下降則表明混凝土內(nèi)部出現(xiàn)夾泥、蜂窩等缺陷，從而導(dǎo)致的能量吸收和散射衰減。

(2)頻率與混凝土質(zhì)量的關(guān)系

聲波脈沖具有多種頻率成分，是復(fù)頻波。不同頻率的聲波穿過混凝土后的衰減程度也不相同，頻率越高，衰減越嚴(yán)重，因此接收到的信號主頻率向低頻漂移。衰減因素的嚴(yán)重程度決定漂移的多少。當(dāng)接受主頻率明顯降低時，則說明嚴(yán)重衰減，即遇到缺陷。

(3)聲速與混凝土強度的關(guān)系

首先，波速可以反映混凝土的彈性特質(zhì)，同時其彈性特質(zhì)又和混凝土的強度有關(guān)，所以聲波在混凝土中的傳播速度與其本身的強度有很大關(guān)系;其次，對于組成材料相同的混凝土結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部孔隙率越低，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越致密，波速越高，則其強度也越高。

(4)波形與混凝土質(zhì)量的關(guān)系

如果混凝土內(nèi)部嚴(yán)重缺陷，無法接收到聲波，若首波平緩且振幅小，同時后續(xù)波幅度增加不夠，且波形畸變，則說明混凝土內(nèi)部有缺陷;首波陡峭，振幅大，第一周波后半周期即達到較高振幅且接收后包絡(luò)線為半圓，同時波形無畸變，則混凝土內(nèi)部正常。一般通過上述關(guān)系來判斷分析混凝土的質(zhì)量是否合格，分析基樁的完整性。通常都是先通過全面普查進行平測，若碰到缺陷在進行斜測和扇形掃描，從而來對缺陷進行定位。

2 檢測方法對比分析

(1)所測得的波速。超聲波法測得的波速為三維波速，低應(yīng)變法所得波速為一維，一般小于超聲波法所得波速。

(2)測試盲區(qū)。超聲波法主要在聲測管的外圍存在盲區(qū)，在樁身沒有保護層或者保護層厚度不夠的情況下，無法測出缺陷。而低應(yīng)變法的盲區(qū)則主要在樁身上部，因為脈沖信號很大，在第一個脈沖內(nèi)，無法測出缺陷。因此常用高頻窄脈沖來測試淺部缺陷。

(3)對缺陷的表現(xiàn)。應(yīng)用超聲波測試后，發(fā)現(xiàn)有夾泥現(xiàn)象，但低應(yīng)變法可能測不出任何缺陷。而在某些斷樁的情況下，超聲波測試就不易發(fā)現(xiàn)，往往可以由低應(yīng)變法測出。對于較厚的沉渣，兩者則均可測出該缺陷。

(4)測試長度。超聲波法沒有長度限制，只要連線足夠即可。而低應(yīng)變法則對長度有所要求，否則樁與周土耦合時，大部分能量擴散到樁周土中，導(dǎo)致無法測出缺陷。

(5)對缺陷反應(yīng)程度。超聲波法靈敏度高，可測出較小缺陷，且可判斷缺陷長度，而低應(yīng)變法只能測試較大缺陷，卻無法準(zhǔn)確判斷缺陷長度。

因此，在工程中，必須根據(jù)實際情況，選擇測試方法，結(jié)合兩者的優(yōu)點使用，從而保證樁身質(zhì)量。

3 實例分析

某斜拉橋，橋墩及引橋共11個墩身，為花瓶型空心板式，其高均大于40 m。

分別使用超聲波透射法和低應(yīng)變法對其同一樁身進行檢測得出如下結(jié)果。

超聲波法:該樁的 1-2、1-3、2-3三個剖面均在7.0～8.0深度范圍出現(xiàn)缺陷，且 PSD、波速、振幅均小于判斷標(biāo)準(zhǔn)，其樁身存在嚴(yán)重缺陷，取芯驗證后，發(fā)現(xiàn)此處全斷面夾帶泥沙，形成斷樁，應(yīng)進行處理整治。

低應(yīng)變法:7.5 m左右出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，且無法檢測到樁底反射信號，應(yīng)取芯驗證。

由此看來，兩種方法在檢測樁身質(zhì)量上各有各的特點和適用條件。超聲波法成熟可靠，且檢測細(xì)致全面準(zhǔn)確，監(jiān)測范圍廣泛，不受樁長度直徑限制，信息豐富。低應(yīng)變法費用低且操作簡單，檢測速度快，是最為常見的方法。但兩者又有各自的局限性和缺點，超聲波法成本高且存在一定檢測盲區(qū)，低應(yīng)變法對缺陷只能做出定性判斷。

4 小結(jié)

總之，在各種樁基工程的質(zhì)量檢測程序中，應(yīng)先采用低應(yīng)變反射波法做面積性普測，對重要基樁做超聲波透射法進行精細(xì)檢測，對淺部缺陷使用開挖處理，對存在深部缺陷的樁體進行取芯檢測，也可同時配合使用高應(yīng)變檢測法和靜載法共同完成樁身承載力和完整性的檢測，以更好的保證工程質(zhì)量。

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［1］吳剛.超聲波投射法與低應(yīng)變法在基樁檢測中的對比分析［J］.貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，28(6):82-83.

［2］何通，李豐.動測法在樁基檢測中的影響因素分析［J］.科海故事博覽·科技探索，2012，(3):104-105.

［3］劉占文.超聲波法和低應(yīng)變法在橋梁基樁檢測中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2012，38(29):59-60.