基樁檢測中超聲波投射法與低應變法的對比

摘 要：橋梁在我國的交通體系中發揮著越來越重要的地位，對于橋梁樁基的檢測目前最主要的兩種方法便是低應變法和超聲波投射法。在我國橋梁基樁的檢測中，超聲波投射法與低應變法均得到了發展和完善，在橋梁基樁的檢測中占據著重要的地位。文章就低應變法和超聲波投射法檢測橋梁基樁的原理進行科學的分析，對二者在應用原理、橋梁基樁檢測中的優缺點等方面進行了對比探究，使得兩種方法在運用的過程中更加的完善。

關鍵詞：樁檢測；超聲波投射法；低應變法

引言

在橋梁的運行中，基樁是其整個結構中非常重要的組成部分，基樁的質量是否過關直接關系到整個橋梁的結構安全。目前，各工程單位即監理、設計、建設、施工等各方以及各有關部門對橋梁基樁的質量問題給與了高度的關注。同時，橋梁樁基的施工環境復雜，各工序也有其高度的隱蔽性，因此在施工過程極易出現影響基樁質量的缺陷，因此總體來說，相比于上部建筑結構來說，樁基礎工程的質量檢測、施工等將更為復雜，其對質量產生威脅的隱患也將更多。

質量檢測的主要指標便是樁身完整性檢測，目前主要采用低應變反射波法和超聲波透射法來進行基樁樁身的完整性檢測。

1 超聲波投射法與低應變法的基本概念

1.1 超聲波投射法

在混凝土灌注樁中預埋聲測管，在聲測管之間對超聲波信號進行接收并發射，對樁身完整性的檢測就是通過實測的聲學參數即超聲波在混凝土介質中傳播的波幅衰減、頻率、PSD、聲時等。該方法適用于檢測直徑不小于800mm的混凝土灌注樁。

超聲波及工程檢測頻率范圍如表1所示。

表1 聲波及工程檢測頻率

1.2 低應變法

低應變法的原理是在樁頂激振即采用低能量穩態或瞬態的激振的方式，對樁頂速度時程曲線做出實測值，對該實測值使用一維波動理論進行頻域分析或時域分析，來進行樁身完整性的判定。該方法主要是對樁身的缺陷位置以及影響程度進行判定，進而對樁端欠固狀況進行判定，因此比較適用于剛性材料樁如預制樁或混凝土灌注樁等。該方法的關鍵問題是樁底有明顯的反射信號。

2 超聲波投射法與低應變法的基本理論

2.1 超聲波投射法的基本理論

超聲波投射法的基本原理是，在混凝土澆筑前預埋聲測管，在樁的兩側分別接收和發射超聲波信號，超聲波信號在電能被發射探頭轉變為機械能的情況下穿透混凝土樁，被接收到的超聲波再將探頭轉變成電信號。根據超聲波在混凝土中的傳播時間在測得混凝土厚度的情況下盡可以算出在整個混凝土結構中超聲波的傳播速度，進而通過算得的聲速來對混凝土的質量進行評判。顯然，在檢測的過程中，聲速越大的越充分說明混凝土的質量越好，越密實，相反，對于松散的混凝土，或者是有離析、裂縫、孔洞等缺陷的混凝土，其聲速也就會越低。因此，此方法可以科學的檢測混凝土樁身的完整性和質量。不難看出，彈性波的波速與介質特性之間的關系既是超聲波投射法對樁基質量進行檢測的理論基礎。對介質特性的變化可以從實測的波幅、聲速等參數中推斷出來。

聲波在混凝土介質中的傳播有如下特點：（1）指向性差，其原因主要有：a.低頻聲波擴散角大，波長長；b.混凝土內部結構復雜，具有大量的異質界面，會造成多個反射波和折射波，其各個波之間相互疊加和干涉，容易造成嚴重的漫射聲能。（2）快速衰減。骨料在混凝土中的分布比較散漫，散射功率與聲波頻率的平方成正比，采用低頻聲波來檢測可以增大聲波在混凝土中的傳播距離。（3）聲波的構成比較復雜。在混凝土中的任何一點聲場所及的范圍內，都存在著一次聲波及二次聲波。一次聲波與二次聲波便是換能器所接收的信號。（4）傳播路徑復雜。聲波的傳播路徑因為截面的折射和反射而曲折。當混凝土的內部結構中存在有較大的缺陷時，聲波就不沿直線傳播而是沿最短時間的路徑傳播。

2.2 低應變法的基本理論

低應變法的基本原理就是在樁頂進行激振，同時在樁頂接收速度相應信號，對樁頂的加速度或者是速度響應時程曲線測出其實測值，對樁身的完整性分析即利用假設條件下的一維波動理論。在樁頂使用敲擊的方法給與適當的能量，但是其承載能力應該遠大于其動荷載，使阻止貫入度的產生，即在只有彈性變形的情況下使樁土之間不產生相對位移。低應變法就是通過分析激勵波沿樁身反射和傳播的波形來檢測樁身的安全。但是由于其結果不準確，誤差較大且理論依據不足，不可以用來確定極限承載力。低應變法的儀器設備便于攜帶、檢測快、成本低、監測面積大而且物理數學假設完善、理論模型成熟，因此應用廣泛，發展迅速。

3 超聲波投射法與低應變法的特征分析

在樁基的質量完整性檢測中，超聲波投射法與低應變法的主要特征以及對比如表2所示。

表2 超聲波投射法與低應變法的主要特征分析

在大多數的情況下，超聲波法只有一小部分是檢測的盲區，一般會得出比較準確可靠結果，出現漏判的情況是少之又少；低應變法的測量結果是對樁身樁基的阻抗的變化情況，它是大體的反應了對于樁身上有缺陷部位的定性，但對于是缺陷的位置或者是怎樣的缺陷均不能夠做出精確的判斷。

4 超聲波投射法與低應變法的對比結果的分析

在適用范圍上，相比于超聲波法，低應變法更有優勢。但由于其在檢測的過程中存在一定的判斷誤差而且檢測的精確度較低，對所涉及到的儀器設備也比較復雜且繁多，所以在目前樁的檢測中相對于超聲波投射法其應用范圍還相對較低。但在一些特鐵路的群樁中，施工進程中并未埋設聲測管，所以低應變法便成為其常用的檢測樁質量的方法。

此外，對于超聲波法來說，它是科學化與信息化相結合的產物，不僅能夠有效地提高我國各應用結構中樁的質量檢測的效率的目的，同時也能夠很好的體現出我國當前的科技水平。同時，該方法還具有新的檢測方法，其具有強大的抗干擾能力，無疑該方法便可成為我國樁基檢測中的有利方法。

5 結束語

總的來說，不論是超聲波投射法還是低應變法都有其在工程運用中的優越性，并且對于我國的建筑行業的發展和施工進展都是不可或缺的。因此，對于我國相關行業的技術人員來說，其應該對超聲波投射法與低應變法的技術優越性、技術原理、應用實例、應用特點等有清晰、全面的了解，以便能夠高效的運用到樁基的質量安全檢測中。不僅使超聲波投射法與低應變法這兩種檢測方法得到發展，同時樁基的相關技術都能得到積極、健康、穩步的發展。

參考文獻

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