橋梁樁基檢測中聲波透射法的運用探究

摘要 作為橋梁工程中的重要一環，樁基檢測對提高工程質量、保證橋梁安全有著積極意義。為推動橋梁樁基檢測技術發展，文章對聲波透射法在橋梁樁基檢測中的應用進行了探究，并以某工程為例，對其檢測效果進行了分析。結果顯示，在15#缺陷樁基長5～6 m區間內，聲輻、聲速和PSD曲線均出現顯著變化，其最大振幅相較于最小振幅提高了約102 dB，樁基缺陷檢測結果與實際情況一致。這表明，聲波透射法減小了樁基缺陷檢測的誤差，提高了樁基檢測水平，有利于降低橋梁工程坍塌等風險，增強橋梁的安全性和穩固性，為促進橋梁建設提供動力。

關鍵詞 聲波透射法；樁基檢測；橋梁

中圖分類號 U446 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）17-0000-03

0 引言

隨著我國經濟和科技的進步，橋梁建設也實現了跨越式發展，截至2022年年底，我國擁有公路橋梁103.3萬座，其中特大橋8 816座，橋梁建設的數量和質量都取得了質的飛躍[1]。樁基建設是橋梁工程中不可或缺的組成部分，對控制地基變形、增強橋梁抗震性能和保障橋梁安全等方面有著重要意義，因此樁基缺陷檢測也成為橋梁建設中的關鍵一環[2-3]。樁基檢測方法包括高應變法、低應變法、鉆芯法和聲波透射法等，其中聲波透射法根據聲波在樁身中傳播的特點，對樁身完整性進行判斷，具有效率高、成本低和操作簡單等特點[4]。為促進聲波透射法技術的發展，該文對聲波透射法的實際運用進行了分析，以解決橋梁樁基檢測不足的問題，適應橋梁強國建設的需要。

1 聲波透射法在橋梁樁基檢測中的應用

1.1 工程概況

該高速公路工程位于湖南省境內，全長1 508 m，總體呈東西走向，設計速度為100 km/h，橋面寬度為35 m，橋面橫坡和最大縱波分別為雙向1.5%和1.5%，地震烈度不超過6度，橋梁安全等級為一級。橋型為25×18 m空心板+6×42 m T梁+4×120 m斜拉橋+12×42 m T梁，塔高100 m，主橋為獨塔雙索面斜拉橋。樁基為機械鉆孔混凝土灌注樁，共有56根灌注樁，設計樁徑為900 mm，樁長保持在15～22 m范圍內，東部和西部的灌注樁樁型分別以摩擦樁和端承樁為主，單樁豎向抗壓承載力容許值的最大值和最小值分別為0DOf4NJ9Dey5QdVeKHcd6Yg8cZ8EukWjLwQVWkiUQC0=3 890 kN和2 780 kN。

該線路途經地區多為山谷，橋隧比約為35.6%，地質條件較為復雜，根據土層成分等因素，將區域地質自上而下分為雜填土層、黏土層、砂土層、碎石土層、強風化紅砂巖層和弱風化紅砂巖層，其中雜填土層呈黃褐色、灰黃色，層厚2.3～3.5 m，主要由黏土和碎石組成，多建筑垃圾等雜物，較松散，均勻性較差，稍濕。黏土層呈灰黃色、灰褐色，層厚3.6～6.7 m，切面較光滑，透水性和透氣性差，含少量鐵質結核，韌性和干強度高，稍濕，無搖振反應。砂土層呈灰黃色，層厚8.8～10.3 m，主要由云母和石英等組成，飽和，切面稍光滑，干強度、韌性和搖振反應均為中等。碎石土層呈灰黃色、淺黃色，層厚8.4～11.5 m，主要成分由灰巖組成，直徑保持在25～45 mm范圍內，形狀為次棱角形，隨機排列。碎石含量55%～73%，顆粒間全填充少量灰褐色黏土，中密—密實，透氣性強，稍濕。強風化紅砂巖層呈深紅色、紅褐色，層厚13～18 m，結構構造大部分破壞，呈細粒結構，節理裂隙較發育，層狀構造，巖芯呈短柱狀，其直徑為4～9 cm，巖石強度低，手可捏碎，遇水變成砂。弱風化紅砂巖層呈紫紅色、紅褐色，層厚14.3～19.2 m，巖間裂隙發育，鐵質膠結，有少量風化裂隙，強度較好，用手錘不易擊碎，邊坡崩解性強，其風化深度較強，最大風化深度可達8.5 m。

1.2 基于聲波透射法的橋梁樁基檢測

作為一種常用的樁基檢測方法，聲波透射法是指通過在預埋聲測管之間發射并接收信號獲得波形，對聲波頻率、波幅和波時等特征變化規律進行分析，確定樁基缺陷的位置、大小和缺陷程度等，從而判斷樁基的完整性等級[5-6]。相較于其他樁基檢測方法，聲波透射法能夠在樁基不被破壞的前提下進行檢測，保證了樁基的完整性。同時不受樁長和長徑比等條件的限制，適用性較強，另外現場操作簡單，在提高檢測效率的同時，也降低了檢測成本[7]。在制定檢測方案前，應收集編號、樁長和承載力等樁基資料，并根據樁基檢測目標、工程概況和現場狀況等因素確定檢測方案，為后續檢測工作的順利開展奠定良好基礎。在樁基檢測前，需要根據現場環境選擇合適的檢測設備。為提高檢測結果的準確性，聲波檢測儀的系統最大動態范圍應大于100 dB，聲波幅值測量的相對誤差不超過5%，以增強樁基檢測的可靠性。

在樁基檢測前，還應選擇聲測管并進行埋設。針對聲測管材料的選擇，首先應滿足工程需求，其次應考慮使用環境對材料的影響，選擇不易變形、具有較高強度和耐腐蝕性的聲測管材料，延長聲測管壽命，同時還應堅持經濟適用的原則，降低成本開支。聲測管的埋設應保持垂直安裝，同時應保證聲測管與樁基之間的緊密結合，如二者之間出現縫隙，應填充砂漿和混凝土等材料，為聲波的傳播提供良好的物質環境，提高聲波傳播效率。根據樁徑和檢測要求確定聲測管之間的距離和聲測管數量，避免出現因聲測管數量過少而導致的檢測不準確，或者因聲測管數量過多導致的材料成本和安裝成本過高等問題。利用套筒連接不同的聲測管，在此過程中應保持連接處的通直，同時套筒長度不能過長，以提高聲波的傳播效率，減少時間成本。

聲測管埋設完成后，應在其中加入干凈的清水，將水作為聲波傳播的耦合劑，以擴大聲波傳播的范圍，并增強聲波傳遞能量，提高其傳播效率。由于聲測管管內雜質會減緩聲波傳遞速度，產生較強的散射，影響樁基檢測結果的精準度，因此，在聲測管中加入清水前，應對其內部進行清洗，以去除泥漿和砂等懸浮固體顆粒，為橋梁樁基檢測提供可靠保障。將發射和接收探頭放入樁基底部，并保持在同一平面上，實現二者的同步升降，避免波形出現異常。工作人員應對收集的數據進行初步分析，針對可能存在質量問題的樁基應再次進行檢測，進一步確定樁基缺陷的位置和范圍等信息，保障樁基檢測的準確性。

2 聲波透射法橋梁樁基檢測結果分析

選擇4#完整樁基和15#缺陷樁基對聲波透射法效果進行檢驗，4#樁基和15#樁基的樁長均為18 m，直徑均為900 mm，兩種樁基均采用C25混凝土澆筑。在兩種樁基中均預埋3根聲測管，其中4#樁基的聲測管編號為A、B和C，15#樁基的聲測管編號為1、2和3。選擇北京智博聯公司U5100檢測儀作為檢測設備，其通道數為單發雙收，同時測試剖面數為1，系統最大動態范圍為154 dB，測深范圍為10～500 mm，頻帶寬度為1～250 kHz，增益調整精度為0.5 dB。15#樁基檢測結果如圖1所示：

圖1 15#樁基檢測結果

由圖1可知，15#樁基的聲輻曲線、聲速曲線和PSD曲線均出現異常。由圖1（a）可知，在樁長5～6 m區間內，1-2剖面和2-3剖面的聲輻出現振蕩，其中1-2剖面的聲輻波動更為明顯，其振幅達到了15 dB的最低水平，其他樁長區間聲輻則基本保持在115～120 dB范圍內。圖1（b）中，在樁長5 m左右時，聲速在1-2剖面和2-3剖面出現顯著下降，而在6 m樁長處則出現聲速增加的趨勢，并達到了聲速為5 250 m/s的穩定水平。圖1（c）中，隨著樁長的增加，1-3剖面的PSD值為0，這表明該剖面無缺陷，PSD曲線在1-2剖面和2-3剖面的5～6 m樁長范圍內出現明顯波動，這表明樁基在該處存在空洞等缺陷。由此可以看出，聲波透射法能夠準確檢測橋梁樁基缺陷，可為提高橋梁工程質量提供保障。

4#樁基的檢測結果如圖2所示：

圖2 4#樁基檢測結果

在圖2（a）中，三個剖面的聲輻曲線變化較小，其中A-C剖面的整體振幅最高，約為105 dB，A-B剖面的整體振幅最小，約為90 dB，而B-C剖面的振幅在90～105 dB范圍內變化。圖2（b）中，A-C剖面的聲速穩定在4 500～5 250 m/s區間內，B-C剖面的聲速變化幅度在三個剖面中最大，但其聲速整體基本穩定在4 500 m/s；A-B剖面的整體聲速最小，保持在2 750～4 500 m/s區間內。圖2（c）中，三個剖面的PSD值均保持為0，PSD曲線無異?，F象，這表明三個剖面的樁身材料密實性和連續性較好，樁基的完整度等級較高，不存在樁基缺陷。由此可以看出，聲波透射法能夠增強橋梁樁基缺陷檢測的可靠性，可為減少橋梁工程的安全隱患提供助力。

3 結束語

橋梁建設是國家綜合國力的體現，在緩解交通壓力、拉動經濟發展和承載文化價值等方面發揮著關鍵作用。為促進橋梁建設，該文從橋梁樁基檢測角度出發，對聲波透射法的運用進行了探究。針對缺陷樁基的檢測，在樁長5～6 m區間內，1-2剖面和2-3剖面的聲輻、聲速和PSD曲線均出現巨大波動，其中聲輻、聲速和PSD的最小值分別達到15 dB、200 m/s和0，聲輻、聲速和PSD的最大值分別達到117 dB、5 250 m/s和260。而針對完整樁基的檢測，不論是A-B剖面、B-C剖面還是A-C剖面，其聲輻、聲速和PSD曲線都較為穩定，未出現巨大波動，其中聲輻、聲速和PSD的分別穩定在90～105 dB區間、2 750～4 500 m/s區間和0，樁基完整度檢測結果與實際情況一致?？梢钥闯?，聲波透射法提高了樁基檢測的準確性，增強了橋梁樁基檢測的可靠性，具有較高的應用價值，是橋梁安全的有力保障。同時，該文也存在數據量較少的不足，在未來的研究中，需要擴大數據量，進一步論證該文的研究結果。

參考文獻

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