橋梁樁基礎(chǔ)的超聲波無損檢測技術(shù)分析

倪雷

（江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

1 前言

橋梁作為交通運輸?shù)闹匾M成部分，其安全性和可靠性對社會的運行至關(guān)重要。而橋梁的穩(wěn)定性和承載能力則與其基礎(chǔ)的牢固性密切相關(guān)，樁基礎(chǔ)作為橋梁的重要組成部分之一，承擔(dān)著橋梁自身和交通荷載的力傳遞功能。然而，由于樁基礎(chǔ)深埋于土層中，其內(nèi)部情況的檢測和評估是一個難題。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)檢測方法如靜力觸探和動力觸探等常規(guī)手段在實踐中存在一些局限性，包括時間和成本的限制，以及對基礎(chǔ)內(nèi)部情況的有限了解。因此，需要一種非破壞性且能夠快速、準(zhǔn)確地評估橋梁樁基礎(chǔ)內(nèi)部情況的檢測技術(shù)。超聲波無損檢測技術(shù)在橋梁工程領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用，該技術(shù)利用超聲波的傳播和反射特性，通過對橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的聲學(xué)波的分析，能夠獲取有關(guān)結(jié)構(gòu)的重要信息。與傳統(tǒng)手段相比，超聲波無損檢測技術(shù)具有非破壞性、實時性、高分辨率和便攜性的優(yōu)勢，能夠有效地檢測基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的缺陷、裂紋、空洞和銹蝕等問題。研究的目的是對橋梁樁基礎(chǔ)的超聲波無損檢測技術(shù)展開深入的分析和探討，對超聲波無損檢測技術(shù)的原理及其在橋梁樁基礎(chǔ)上的應(yīng)用進行了分析，并探討了推進橋梁樁基礎(chǔ)超聲波無損檢測的對策，期望能夠為橋梁工程中的基礎(chǔ)檢測提供一種有效的無損檢測方法，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全運行和可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持和保障。

2 超聲波無損檢測技術(shù)原理

當(dāng)前，在橋梁工程中，所使用的檢測技術(shù)有多種，其中超聲波無損檢測技術(shù)具有自身的特點。其具有自動化的特點，并且正在逐步走向?qū)I(yè)化。因此，隨著我國橋梁建設(shè)的深入，必須認(rèn)識到我國橋梁建設(shè)的發(fā)展方向，并在今后的發(fā)展中，大力開展超聲探傷技術(shù)的研究與應(yīng)用。超聲波無損檢測技術(shù)主要是通過在空氣中進行聲波的傳遞、反射等條件轉(zhuǎn)換，能有效地探測到目標(biāo)，這樣，就不會傷害到被測試者，發(fā)現(xiàn)缺陷等，確定缺陷的確切位置和數(shù)目。當(dāng)前，超聲波探傷技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑工程等領(lǐng)域。它的檢測原理是：超聲波在外來物質(zhì)中的傳導(dǎo)。首先，在用超聲波探測物體的時候，在一定區(qū)域內(nèi)會發(fā)生超聲，并且它能將由被測對象所產(chǎn)生的聲源引入到被測對象中。然后，當(dāng)超聲波在試樣中傳遞的時候，它與被測物體的材料以及被測物體的缺陷有關(guān)，因此，超聲波的傳送方向被改變了。然后，儀器將采集到這種改變后的超聲信號，并將其傳遞給工作人員，讓他們做進一步的分析，使得最后工作人員能夠通過對超聲探測特征的分析來判斷被測對象是否有缺陷。

超聲波無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢很多，例如，超聲波無損檢測技術(shù)在檢測金屬、非金屬以及復(fù)合類材料時得到了廣泛的應(yīng)用，該方法穿透性好，能直接探測出寬厚范圍內(nèi)的目標(biāo)缺陷。超聲無損檢測技術(shù)可對缺損進行直接定位，對大面積缺陷的準(zhǔn)確率在30%以上，具有高靈敏度，可對面積較小的缺陷進行準(zhǔn)確定位。超聲波無損檢測技術(shù)具有費用低廉、速度快、對周邊環(huán)境無破壞等優(yōu)點，更適合對工程質(zhì)量進行監(jiān)測。超聲波無損檢測技術(shù)也存在一些缺點，近年來，超聲波無損技術(shù)在各種工程質(zhì)量檢測項目中都被有效地應(yīng)用，具有諸多的檢測優(yōu)勢，但是，對于復(fù)雜度高或形狀不規(guī)則的對象，超聲波無損技術(shù)并不能保證高精度。超聲波無損技術(shù)雖能對被測對象進行有效的定位，但仍需對量化數(shù)據(jù)進行仔細(xì)的研究。另外，如果被測對象中含有晶體物質(zhì)，這會影響最后的測試結(jié)果，如果采用人工脈沖法進行探測，同時，也會直接影響測試結(jié)果的真?zhèn)闻c精確度。

3 橋梁樁基礎(chǔ)的超聲波無損檢測

3.1 超聲波無損檢測技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)中的應(yīng)用

應(yīng)用超聲波無損檢測技術(shù)在對橋梁樁基礎(chǔ)進行檢測過程中，需要對樁基礎(chǔ)的承載力和完善性進行檢測，具體過程如圖1 所示。

圖1 超聲波法對橋梁樁基礎(chǔ)無損檢測的過程及方法

國內(nèi)外對樁基礎(chǔ)承載能力的超聲波無損檢測技術(shù)主要采用靜荷載試驗法和高應(yīng)變動測法兩種方法。前者指的是在測試樁的縱向承載力時，將靜態(tài)荷載加到樁的頂端，根據(jù)檢測得到的PS 曲線參數(shù)的特點，對樁基承載力進行判斷，以便對樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量進行更精確的檢測。然而，因為靜荷載試驗方法的試驗耗時較長，費用高，在工程實踐中，由于樁基礎(chǔ)的設(shè)計安全系數(shù)較高，所以很難獲得精確的樁基礎(chǔ)測試結(jié)果。后者用于檢驗機械結(jié)構(gòu)的完整性及單個樁身的縱向承載力，在檢測期間，錘子的質(zhì)量大于樁的質(zhì)量，以自由落體的形式砸在樁基的頂部，根據(jù)樁基頂部產(chǎn)生的超聲波，對對應(yīng)的動態(tài)系數(shù)進行判定，并在此基礎(chǔ)上，對樁基礎(chǔ)承載力進行了計算與分析。在樁基完善性檢驗中，最符合這一要求的是低應(yīng)變動檢測技術(shù)。這種方法是在樁的頂端加上一個很小的振動能量，使樁基與周圍土壤發(fā)生共振。當(dāng)土壤發(fā)生共振時，利用適當(dāng)?shù)膬x器和設(shè)備，對樁基頂上震動的速度進行檢測，并利用超聲波振動原理與阻擋理論，對超聲波所反映的數(shù)據(jù)參數(shù)展開分析計算，接著，對樁基整體的施工質(zhì)量與樁基的完善性展開分析，評價樁基施工中的承載力。為了檢驗樁的完整性，也應(yīng)采用超聲波透射法。超聲波透射法則，它應(yīng)用了超聲波在混凝土中的傳播聲學(xué)理論，探測傳播的聲學(xué)參數(shù)。比如，對樁基聲波傳導(dǎo)中的聲速、音頻、振幅甚至頻率進行檢測，能看到它的變化，也能看到它的傳導(dǎo)狀況，從而對樁基內(nèi)混凝土的完善性與持續(xù)性乃至斷層進行準(zhǔn)確的分析。

在使用超聲波探傷橋梁樁基礎(chǔ)時，應(yīng)當(dāng)按照對應(yīng)的步驟進行。首先是聲測管預(yù)埋，再進行檢測，具體過程如圖2 所示。

圖2 橋梁樁基礎(chǔ)的超聲探傷程序

由圖2 可知，在用超聲波探樁時，在樁基礎(chǔ)上埋設(shè)聲測管道，在樁的直徑不到1.5m 時，埋設(shè)了3 個聲測管。如果被測樁直徑大于1.5m，至少預(yù)埋4 根聲測管。另外，在對聲測管材料的選擇上，應(yīng)選用螺紋接頭，所用的聲測管內(nèi)徑應(yīng)比換能器的外徑大1.5cm。在捆扎聲測管時，應(yīng)該采用的捆扎方式盡量與鋼筋籠一樣，并同時保證聲測管底端處于封閉狀態(tài)。樁式換能器的選取，要以樁的直徑為依據(jù)，并設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)，一旦設(shè)置好了，就不能隨意改變。另外，在檢驗同一樁的時候，也要確保電壓不發(fā)生改變。在安裝換能器時，它可以放置在聲測孔的上面或者下面，并保證在傳輸過程中保持同步，在不同的位置上測量并記錄測試結(jié)果。在測量過程中，傳感器的位置應(yīng)該在任何時候進行校正，并且應(yīng)該保證前、后兩個測點保持在250mm內(nèi)。而且，在互相測量的過程中，信號的發(fā)送和接收必須是同步的，如果出現(xiàn)了不同步的情況，就必須立即糾正。測量點的距離應(yīng)控制在0.2 ～0.5m，若出現(xiàn)異常情況，應(yīng)進行加密。測試結(jié)束后，應(yīng)對樁基進行再次測試，對其進行抽樣，并保證其在相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)。對研究采用的超聲波無損檢測技術(shù)應(yīng)用效果分析，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 橋梁樁基礎(chǔ)的超聲波無損檢測效果分析

通過圖3 可以看出，研究采用的超聲波無損檢測技術(shù)和常規(guī)的橋梁樁基礎(chǔ)檢測方法相比，前者的檢測準(zhǔn)確率更高，檢測速度也更快，且對橋梁樁基礎(chǔ)的損壞率接近于0。研究方法和傳統(tǒng)方法的準(zhǔn)確率分別為97.3%、91.2%，損壞率分別為0.1%、2.5%，速度分別為152m/s、119m/s。

3.2 推進橋梁樁基礎(chǔ)超聲波無損檢測的對策

應(yīng)用超聲波對橋梁樁基礎(chǔ)進行無損檢測，能夠在對橋梁樁基礎(chǔ)運行狀況檢測的同時，不對其產(chǎn)生傷害，可以推進這一檢測技術(shù)，也促進橋梁工程的發(fā)展。推進橋梁樁基礎(chǔ)超聲波無損檢測的對策主要包括3 方面的內(nèi)容：（1）借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)檢驗技術(shù)的突破。就我國目前的情況來看，大部分橋梁的檢測技術(shù)都是從國外引進的，其中包括超聲波無損檢測技術(shù)，這就增加了技術(shù)的使用成本，使得該技術(shù)的推廣需要大量的資金，嚴(yán)重制約了該技術(shù)的發(fā)展。因此，要想使超聲波無損檢測得到更好的發(fā)展，必須不斷地改進和完善科技成果，才能使超聲探傷技術(shù)得到更大的發(fā)展。（2）需要完善行業(yè)檢測的內(nèi)容。橋梁工程是一個由點、線、面組成的一項系統(tǒng)工程，其內(nèi)容很多，范圍也很廣，一般都有不同的構(gòu)造。目前，超聲波檢測技術(shù)只應(yīng)用在道橋工程中很小的一部分，還有很多新的檢測技術(shù)需要深入研究，并將這些檢測技術(shù)應(yīng)用到道橋工程中的各個方面。（3）應(yīng)該加強行業(yè)隊伍的建設(shè)。不管是什么行業(yè)，它的團隊的整體質(zhì)量都會極大地影響整個施工過程中的質(zhì)量和水平。因此，要想在今后的橋梁建設(shè)中推進超聲波無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，就必須提高工作人員的素質(zhì)，強化隊伍的建設(shè)。

4 結(jié)語

因為在施工的過程中，樁基礎(chǔ)很容易受到施工工藝、工程地質(zhì)條件等多個因素的影響，從而導(dǎo)致橋梁樁基礎(chǔ)出現(xiàn)斷裂等問題，這些問題不僅會對樁基礎(chǔ)的承載能力產(chǎn)生影響，還有可能導(dǎo)致工程安全事故的發(fā)生。因此，必須加強對橋梁樁基礎(chǔ)的檢測管理工作，特別是對樁基的無損檢測技術(shù)，這樣可以方便地對橋梁樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)狀況進行評估，從而保證樁基工程施工的質(zhì)量和橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的安全可靠性。研究在對超聲波無損檢測技術(shù)進行分析的基礎(chǔ)上，展開了應(yīng)用及其推薦措施的研究，進而推動橋梁建設(shè)的快速發(fā)展和進步。后續(xù)研究將對超聲波檢測技術(shù)的效果進行分析，并和其他方法進行比較，以檢測其無損檢測的效果。