無損檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中的運(yùn)用分析

王鳳武，劉學(xué)冬

（中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測技術(shù)有限公司，北京 100089）

1 引言

橋梁施工是我國交通路網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，其建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。橋梁樁基檢測施工是橋梁工程建設(shè)中不可或缺的重要內(nèi)容，檢測質(zhì)量直接影響橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量。西方發(fā)達(dá)國家早已將無損檢測技術(shù)應(yīng)用于橋梁樁基檢測施工中，并取得了不錯(cuò)成績，極大地減少了橋梁施工質(zhì)量問題。我國對其應(yīng)用的時(shí)間相對較晚，與西方國家相比仍存在差距。但隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，已將低應(yīng)變檢測技術(shù)在內(nèi)的多種無損檢測技術(shù)應(yīng)用于橋梁樁基檢測中，促進(jìn)了無損檢測施工的發(fā)展與完善。

2 低應(yīng)變檢測技術(shù)

技術(shù)人員在借助低應(yīng)變檢測技術(shù)時(shí)，需假設(shè)當(dāng)前所檢測的樁基長度大于樁基孔徑，且樁基的橫截面屬于同一維梁體。在此假設(shè)下，技術(shù)人員借助振動(dòng)儀對樁基頂部的位置進(jìn)行激振，從而使樁基與周圍土層產(chǎn)生振動(dòng)，如圖1 所示。

圖1 低應(yīng)變檢測技術(shù)示意圖

同時(shí)，技術(shù)人員基于低應(yīng)變檢測技術(shù)構(gòu)建完善的低應(yīng)變檢測系統(tǒng)，檢測體系原理示意如圖2 所示。

圖2 低應(yīng)變檢測系統(tǒng)原理示意圖

檢測系統(tǒng)主要涵蓋傳感器、信號采集器、USB 接口及觸摸屏等構(gòu)件，技術(shù)人員通過激振方式對樁基進(jìn)行檢測時(shí)，需將混凝土預(yù)制樁及灌注樁的激振點(diǎn)放置在樁基上方的中心位置。同時(shí)傳感器與激振點(diǎn)之間的夾角不小于45°。需要注意的是，不同樁基的缺陷檢測需使用不同的激振設(shè)備，例如，斷樁或淺部分缺陷的樁基可使用輕錘短脈沖激振技術(shù)進(jìn)行激振，而直徑相對較長的樁基可使用重錘寬脈沖激振技術(shù)。倘若橋梁樁基自身存在縮徑或斷樁等現(xiàn)象，其低應(yīng)變彈性波在樁基中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生反彈，傳感裝置將聲波放大，并借助動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析檢測聲波的速度，從而預(yù)測樁基質(zhì)量及樁基長度。低應(yīng)變檢測法的實(shí)際檢測速度相對較快，且檢測范圍較廣，在當(dāng)前橋梁樁基檢測中的應(yīng)用較為普遍。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，低應(yīng)變檢測技術(shù)隨之完善，我國科研人員基于低應(yīng)變檢測技術(shù)，創(chuàng)新研發(fā)出動(dòng)力參數(shù)法及水電效應(yīng)法等諸多無損檢測技術(shù)[1]。

在使用低應(yīng)變檢測技術(shù)時(shí)，橋梁樁基的下樁體及土體皆處于彈性變形階段，因此，其混凝土樁基及樁基周圍土體模型材料將全部使用線彈性材料。

橋梁樁基波速均值計(jì)算：

式中，Cj為橋梁樁基的均值波速，m/s；Ci為第i 根樁基的波速數(shù)值，m/s；l 為樁長，m；Δt 為反射波峰時(shí)差，min；ΔF 為反射波的域值差，min；N 為樁基數(shù)量，根，N＞5。

3 高應(yīng)變檢測技術(shù)

技術(shù)人員借助高應(yīng)變檢測法對橋梁樁基的最大荷載進(jìn)行精準(zhǔn)檢測，從而對橋梁樁基的完整性進(jìn)行有效檢測。在檢測過程中，技術(shù)人員需對橋梁樁基垂直方向的荷載進(jìn)行檢測，以此分析垂直向荷載的實(shí)際傳播速度及時(shí)程曲線。應(yīng)用高應(yīng)變檢測技術(shù)時(shí)，需對樁頭進(jìn)行錘擊，在經(jīng)受錘擊后，樁基自身產(chǎn)生一定應(yīng)力，并對地基產(chǎn)生的阻力進(jìn)行抵抗，以保證樁基不出現(xiàn)位移狀況。高應(yīng)變檢測技術(shù)借助重型沖擊錘對樁基的垂直方向施加錘擊應(yīng)力，將脈沖沖擊傳導(dǎo)至樁基上，以此對樁基位移進(jìn)行調(diào)整。土層在受到縱向荷載沖擊時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力波，技術(shù)人員需保證信號的檢測準(zhǔn)確度，以滿足動(dòng)態(tài)樁基檢測的基本條件[2]。

橋梁樁基錘擊應(yīng)力計(jì)算公式如下：

式中，Q壓為橋梁樁基的最大錘擊應(yīng)力，N；F 為實(shí)際錘擊應(yīng)力，N；S 為樁基截面面積，m2。

在進(jìn)行高應(yīng)變檢測前，技術(shù)人員需對樁頭進(jìn)行常規(guī)處理，技術(shù)人員需保證樁基頂部平整，激振錘的中心點(diǎn)需與樁基上方中心點(diǎn)對應(yīng)。傳感器要在樁基下方進(jìn)行對稱安裝。同時(shí)樁基軸線需與傳感器的中軸線對齊，樁基缺陷位置計(jì)算公式如下：

式中，L 為檢測位置至缺陷位置的距離，m；t1為缺陷樁基反射的對應(yīng)時(shí)刻，min；t2為首峰時(shí)刻，min。

缺陷樁基系數(shù)見表1。

表1 橋梁缺陷樁基系數(shù)表

4 聲波透射檢測技術(shù)

技術(shù)人員需在混凝土灌注樁進(jìn)行澆灌前，在樁基內(nèi)部預(yù)留孔道，并將超聲探測管安裝在樁基預(yù)留管道中，同時(shí)將耦合劑澆灌在管道中。將探測儀器和接收儀器在垂直方向進(jìn)行上下移動(dòng)，并對超聲脈沖通過橫截面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，借助聲波傳播特性對樁基的完整性進(jìn)行檢測。聲波透射檢測技術(shù)對橋梁樁基的孔徑及實(shí)際長度無有過多要求，但需在樁基灌漿前對其超聲管進(jìn)行預(yù)埋，因此，需保證樁基管道的垂直性。聲波透射檢測技術(shù)可分為單孔透射及擴(kuò)孔透射，需技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際施工概況甄選聲波透射檢測技術(shù)。

聲值修正公式如下：

式中，t′1為實(shí)際聲波修正數(shù)值；D 為聲測管外部直徑，mm；d 為聲測管的內(nèi)部直徑，mm；d1為換能器的外部直徑，mm，v1為聲速數(shù)值，m/s。

5 鉆芯檢測技術(shù)

鉆芯檢測技術(shù)是一種典型的非破壞檢測方式，其借助金剛石鉆頭及鉆石探頭對橋梁樁基的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測。鉆芯檢測技術(shù)是檢測橋梁樁基混凝土缺陷的直觀技術(shù)，施工應(yīng)用較為普遍。技術(shù)人員在使用鉆芯檢測技術(shù)時(shí)，需使用2 個(gè)鉆桿及金剛石鉆頭，借助單驅(qū)動(dòng)形式鉆入混凝土，從而最大限度地保證檢測樣品的完整性。技術(shù)人員需對鉆芯樣品進(jìn)行分析，并對其樣品質(zhì)量進(jìn)行檢測，鉆芯檢測技術(shù)的使用方式較簡單，且檢測質(zhì)量相對突出，鉆芯檢測技術(shù)不受地理?xiàng)l件及施工位置約束，同樣適用于直徑相對較長的橋梁樁基檢測中。但鉆芯檢測技術(shù)的實(shí)際檢測時(shí)間相對較長，且檢測成本相對較高，無法對微小缺陷進(jìn)行檢測，使用時(shí)需慎重選擇。

6 紅外成像檢測技術(shù)

紅外成像檢測技術(shù)的運(yùn)行原理為溫度高于-273 ℃的物體均屬于輻射源，其可以發(fā)射紅外線。紅外光線位于可見光及微波之間，屬于電磁波范疇。橋梁樁基使用的主要建材為混凝土，混凝土可向外部發(fā)射紅外光線，借助紅外成像檢測儀器對混凝土散發(fā)的紅外光線進(jìn)行檢測，并對其熱流趨勢進(jìn)行檢測。若橋梁樁基中存在缺陷，混凝土的紅外成像將發(fā)生變化，混凝土體表的溫度分布出現(xiàn)失衡。因此，技術(shù)人員借助紅外成像檢測技術(shù)可直觀地對橋梁樁基內(nèi)部缺陷部位進(jìn)行檢測。技術(shù)人員可對橋梁樁基進(jìn)行持續(xù)掃描，且該檢測技術(shù)不受時(shí)間限制，但其測溫范圍有限，其溫度為-50～2 000 ℃。紅外成像檢測技術(shù)較適用于大面積檢測施工，可對內(nèi)部混凝土的剝離及滲漏等問題進(jìn)行檢測[3]。

7 無損檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測工作中的注意事項(xiàng)

首先，工作人員需要甄選正確的無損檢測方法，當(dāng)前無損檢測技術(shù)的種類相對較多，但是不同的無損檢測技術(shù)所應(yīng)用的領(lǐng)域是不同的。因此，在橋梁樁基檢測工作中，工作人員需要根據(jù)實(shí)際施工情況甄選無損檢測技術(shù)，工作人員需要對多方面的因素進(jìn)行研究，例如，樁基施工特點(diǎn)以及施工現(xiàn)場的地質(zhì)類型等，從而更好地對無損檢測技術(shù)進(jìn)行甄選。倘若在施工條件允許的情況下，工作人員可以甄選兩種或以上的無損檢測技術(shù)對檢測結(jié)果進(jìn)行認(rèn)證，保證橋梁樁基檢測的精準(zhǔn)性。

其次，工作人員需要做好檢測準(zhǔn)備工作，例如，低應(yīng)變檢測技術(shù)容易受到外部因素的影響，例如，鋼筋長度以及樁頭開裂程度等。因此，工作人員需要對其進(jìn)行翔實(shí)地了解，在實(shí)際檢測工作開始之前，對傳感器以及激振點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，將低應(yīng)變檢測技術(shù)的影響因素進(jìn)行清除，保證橋梁樁基檢測效率及精準(zhǔn)性。除此之外，工作人員需要提升數(shù)據(jù)分析能力，保證檢測數(shù)據(jù)可以被翔實(shí)地分析，從而為后續(xù)的施工提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，保證橋梁樁基建設(shè)的整體質(zhì)量。

8 結(jié)語

綜上所述，將無損檢測技術(shù)應(yīng)用于橋梁樁基檢測工作，可提升橋梁樁基檢測質(zhì)量與效率，保證橋梁樁基安全性能，為后續(xù)橋梁運(yùn)營奠定安全基礎(chǔ)，還可提升建筑施工企業(yè)的核心競爭力，幫助企業(yè)樹立良好的市場口碑，實(shí)現(xiàn)建筑施工企業(yè)社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的有機(jī)統(tǒng)一。因此，橋梁樁基檢測人員需在日常工作中充分應(yīng)用無損檢測技術(shù)，借助低應(yīng)變檢測技術(shù)、高應(yīng)變檢測技術(shù)等多元化無損檢測技術(shù)切實(shí)提升橋梁樁基檢測質(zhì)量，進(jìn)而促進(jìn)我國橋梁樁基建設(shè)領(lǐng)域的長效發(fā)展。