橋梁樁基檢測中聲波透射法檢測的應用分析

文/莊軍民

1 前言

橋梁樁基施工中最常見的問題就是段樁和蜂窩這幾種，而造成這種問題產生的原因大部分是操作方式、人和設備及周邊環境所造成的。這些因素會對混凝土的強度及完整性造成在安全性和耐久性方面的影響。所以，聲波透射監測技術是橋梁樁基混凝土操作中必不可少的一種監測技術，它可以準確監測出橋梁樁基的質量問題產生在哪里，并且保證橋梁樁基可以滿足施工設計的需求。

2 聲波透射法在橋梁樁基檢測工作中的應用機理

圖1 是適用聲波投射法的示意圖。橋梁木樁的測量，使用聲波投射法時，以聲波特性為主要檢測依據。具體來說，在被測量的木樁上預先埋藏兩種以上的聲音(將它們互相水平地維持在一起的狀態)，并在其內部灌水，將其作為結合劑。再將超聲波脈沖置于聲標管中，發射或接收電磁脈沖，超聲波可以用超聲波發射超聲波，超聲波可以通過接收器顯示接收到的超聲波波形。再用超聲波表面的波形，穿過混凝土中能判斷出海浪的第一聲，頻率和波長等關鍵聲源(聲音)[1]。

通過以上程序，可以通過橋基木樁的缺陷引起的超聲波波形或相關參數的變形等檢查木樁是否存在缺陷。如果柱子中的混凝土存在穿孔、蜂窩、松動等質量缺陷，產生的超聲波就可以繞道或散射。超聲波的最初到達時間和能量感應特性、波形畸形程度、頻率變化等，可以準確測定部分中混凝土濃度系數等。對于圖2 所示的完整的木樁和有缺陷的木樁，通過聲波投射法得到的木樁略有不同，可以確定橋梁木樁是否存在質量上的缺陷。橋身的木樁質量問題，根據平測的超聲波投射法，正確地判斷出個數有缺陷的固定式位置，但卻無法進一步測定這種方法及其缺陷的具體范圍，可以外向測量法上測定。應該合理的即興發揮使車向外伸出頭部進行控制。考慮到連接面上安裝的半地面加速器本身具有一定的指向性，相應的環的高度差小于挑距的水平距離。通過這一缺陷部位時，超聲波信號會發生畸形變化，將兩個探索隊之間的高低部分和異常區域范圍配合起來，就可以近似地判斷抹消障礙的范圍了。如果相應木樁的缺陷比較輕微，那么如果在聲道附近存在淤泥等現象，信號畸形變化的范圍就會縮小，否則信號畸形變化的范圍就會擴大。另外，利用扇形掃描可以更準確地劃分木樁的缺陷部位[2]。

3 基本概念與檢測原理

超聲波具有超強的滲透性，在使用超聲波測橋梁樁基的時候，如果發現橋梁樁基是有問題的那么，超聲波透射時的波幅、時間、頻率和波形等重要參數將發生顯著變化。通過改變上述參數，測試人員將能夠查明鋼筋混凝土中的潛在缺陷和問題。在具體檢查過程中，首先要將聲測管埋在監測通道中。然后，在對聲測管進行徹底清洗后，必須在聲測管中放置一定數量的清水介質作為耦合物。應當指出的是，在灌注過程中不得發生外泄。 在完成上述行動后，需要使用超聲波發射機，并通過發射探頭和接收探頭同時發射和接收超聲波信號。在測試結束后，工作人員通過對頻率參數、波形等等進行全面分析，獲得有關橋梁物理混凝土缺陷的性質的準確信息。例如，如果需要測量的橋樁混凝土出現裂縫等問題，超聲波傳遞期間阻抗值將會大大降低，超聲波的傳播速度將會降低。在這種情況下，接收器收到的超聲波、聲波時間等參數將會異常顯示出來，工作人員就可以通過變化的數據分析并確定橋梁樁基混凝土中的缺陷[3]。

3.1 好處與弊端的辨析

首先來探討一下超聲波透射法在橋梁樁基檢測中的優點。其可以很準確的監測出大型樁柱的質量問題，比如，在監測過程中有一根直徑大于或等于0.8m 的樁柱，普通的監測方式無法準確的監測出其有沒有質量問題，但是超聲波透射監測就不存在類似問題。因為它可以不受樁長、樁徑的影響。而且在監測過程中不會因為監測到一個問題就停下，然后再繼續這種現象不會出現在超聲波透射法上面。因為，它具備可以一次性監測出所有問題的能力并可以將更細微的問題發現。同樣這種監測方法的弊端也非常的明顯，因為要放置側身管從而會增加測驗費用，對施工造價有著一定的影響。

此外，預先埋聲測管的效果將會影響到監測結果。因此，在采用超聲波透射檢測方法時，對預埋聲測管質量必須進行嚴格管控，以避免出現聲測管被堵等問題。還有一種弊端是，由于測試項目多，會產生很多的相關測試數據，這將會給工作人員的后期工作帶來一定的壓力。與反應應答波等探測技術相比，相對應變反射波法等檢測技術而言，聲波透射法的操作簡單、方便，檢測數據更加精確、可靠[4]。

4 工程應用分析

4.1 工程概況

圖3 聲波透射法檢測

本項目涉及江西省高速公路橋梁樁基工程。高速公路總長約150km，設計速度可達100km/小時。由于沿線的地質和地形限制，在設計過程中決定采用樁基礎形式對橋墩結構的施工。地質勘探報告顯示，工程地質環境對于進行橋梁樁基工程相對復雜，地下水線比較高，因此對樁基的質量有嚴格的建造要求。此外，在一些地區，有著較厚的分紅層和淤泥黏土層分布。經過深入的分析，我們決定使用摩擦類型的鉆孔灌注樁。該項目樁基的長度在5.4m 至100m 之間。在檢驗過程中，對于現場直徑較大、長度較大的樁基，對其的施工質量監測主要是通過聲波透射方法進行檢驗的[5]。

4.1.1 測試前準備

測試前準備的方向有兩個，一個是要對測試的現場進行排查確保，后期監測的時候不會因為環境的因素影響到測試的效果。另一方面，儀器與超聲系統之間的延遲時間是在檢查前通過標定法校準來檢查。此外，工作人員還計算和校正了測聲管的高度和耦合的水層。

4.1.2 清洗聲測管

在進行樁身混凝土的檢查之前，首先要做的就是將聲測過內打掃的一干二凈，只有這樣才能完整的對其進行分析。

隨后，為了避免影響結果的準確性，必須保護聲波管不受碎石等雜質掉落的影響。此外，清潔可以使用高壓泵和真空壓縮機等設備，但是水必須是干凈的。如果在清洗過程中使用了含有沙子的混合水，那么樁基底部的聲測管道可能會產生影響測試結果的泥沙沉淀。在沖洗完聲測管后，工作人員需要測量沖洗深度，并根據實際測量記錄，之后，工作人員必須給聲波管灌滿干凈的水，并且將出入口進行封閉，以防止沙子進入聲波管[6]。

4.1.3 應用效率分析

在對應用效果的分析中，研究對象被選為這個項目的樁基之一。該樁長為56.5m，樁基的直徑為1000mm。樁基混凝土的強度是C30。在檢索樁基完整性的過程中，共安裝了3 個不同的聲測管，不同測點之間的距離為0.25cm，監測時間是該樁基的28d 齡期。該樁基的實測曲線探測數據顯示，1-2 剖面的聲速為4.289m/s，平均波幅為101.34db。1-3 剖面的聲速為4.171m/s，但平均波幅為101.88db；2-3 剖面聲測值為4.460m/s，平均波幅為102.19db。以上監測數值均為平均值。

5 結語

聲波透射法在橋梁樁基的混凝土監測中起到的是至關重要的作用。特別是在大的直徑，超高長度，特殊的地質環境中，其監測效果并不受樁基的長度，直徑等許多外在因素的影響。所以，當下最重要的事就是加快對聲波透射法的開發和研究。還應該在正式的監測時間段里將聲測管清洗干凈，對聲測管出現故障的問題進行嚴格處理，做好線對和拉線作業，提高橋梁樁基工程的檢測質量和效率。