超聲波法在橋梁樁基檢測中的運用

趙輝

山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司） 山西太原 030016

1 工程背景分析

某一座橋梁工程，樁基工程主要選用鉆孔灌注樁，樁長為75m，樁徑為2m，預埋3根聲測管，針對橋梁樁基的施工質量，本工程選用超聲波檢測技術對其進行無損檢測。因為本橋梁工程的施工工期非常緊張，在樁身混凝土灌注完成后第4d，便利用超聲波檢測技術檢測橋梁樁身的質量，根據檢測結果可知，僅能夠接收到非常弱的信號，波形衰減情況非常嚴重，混凝土齡期嚴重影響超聲波檢測結果。考慮到超聲波檢測質量要求與本橋梁工程緊張的施工工期，在橋梁樁身混凝土灌注結束10d后需要進行第二次超聲波檢測，獲得良好的波形，接收到的比較強的信號，樁基混凝土灌注施工質量良好[1]。

2 超聲波檢測技術的基本原理與超聲波檢測設備

2.1 超聲波檢測技術的基本原理

在對橋梁樁基質量進行超聲波檢測過程中，針對樁基混凝土結構，超聲脈沖會向其發射高頻彈性脈沖波，然后利用高精度接收系統，接收與記錄樁基混凝土結構內脈沖波的波動特性與整個傳播過程。因為樁基混凝土屬于多相非均質結構，聲波在這種結構中的傳播速度是具有規律性的，假如聲波傳播路徑中出現缺陷問題，如夾泥、孔洞、密實度差異、裂縫等，在這種情況下，聲波便會以不同的傳播速度通過或者繞過各種介質，進而會出現一定程度的衰減，改變傳播時間與降低傳播聲速，同時波形會發生畸變、波幅會出現縮減。如果混凝土結構不連續或者出現破損時，便會產生波阻抗界面，讓脈沖波傳遞到波阻抗界面時，便會產生波反射與波透射現象，會對接收的透射波能量造成一定的降低；如果混凝土結構中存在蜂窩、松散、孔洞等缺陷時，脈沖波便會出現繞射與散射現象。

2.2 超聲波檢測設備

（1）聲測管。在進行超聲波檢測過程中，為獲取精準的超聲波檢測結果，需要在施工圖紙中注明聲測管的布設形式與預埋方式，同時根據樁身檢測控制面積、樁橫截面布局，對聲測管的埋置數量進行嚴格控制。

（2）徑向振動換能器與超聲波儀。在本橋梁工程中，通過選用徑向振動換能器，以發射與接收縱波。另外，在本次超聲波檢測過程中，為有效檢測樁身材料物理力學性能、樁基完整性情況、混凝土缺陷情況等，選用了ZBL-U520便攜式超聲儀。

3 橋梁樁基質量檢測分析

3.1 超聲波檢測的前期準備

在對本橋梁工程的樁基質量進行超聲波檢測之前，需要做好前期準備工作，包括收集與調查相關技術資料，對樁基混凝土灌注施工技術與常見施工問題進行深入了解等。當混凝土灌注樁強度齡期達到14d以后，方可對樁基混凝土進行超聲波檢測。通過選用大直徑換能器的圓鋼來疏通聲測管，同時測量聲測管的內徑與外徑大小，測量相鄰聲測管外壁的間距，測量精度誤差不得超過1mm。

3.2 超聲波檢測過程

在對橋梁樁基混凝土灌注樁進行超聲波檢測過程中，換能器一定要以相同標高進行同時下降與上升，同時需要對換能器的深度位置進行隨時校準與調整，一定要保證相對高層誤差累計值不超好20mm，以避免因高程誤差偏大而大測試誤差。在進行超聲波透射法檢測時，一定要嚴格控制波幅與聲時，與聲時相比，混凝土結構內部缺陷波幅更加敏感，波幅是一個相對量，根據波形的起跳點情況來確定聲時。通過進行常規的超聲檢測，能夠得到橋梁樁基灌注樁沿樁長方向大致的質量分布情況，通過采用CT層析成像技術與專業分析軟件，能夠加密細測與定量分析重要部位或者局部可疑部位。如果在一個灌注樁中設有不少于3根聲測管，在這種情況下，需要將每兩個聲測管視為一個測試剖面，同時保證檢測參數與檢測系統狀態的一致性[2]。

3.3 超聲波檢測數據分析與缺陷評定

（1）聲速的判據。聲速是混凝土材料的一個基本物理量，聲速大小主要取決于混凝土強度的大小。如果檢測剖面聲速的離散性比較小、聲速值比較低，在這種情況下，需要進行相同條件下混凝土試塊聲速與預留抗壓強度比較試驗，同時對橋梁工程所在區域的實際經驗進行有效結合，以精準判定聲速低限值。其中，針對與聲速低限值相對應的混凝土強度，不得低于應設計強度的90%；針對與聲速低限值相對應的鉆孔芯樣試件的混凝土強度，不得低于應設計強度的85%。在本橋梁工程中，樁基混凝土灌注樁的聲速離散系數的檢測值是3.8，樁基均質性的等級是A級，表明橋梁樁基未出現質量缺陷問題。

（2）波幅隨樁深變化曲線的判據。波幅平均值減6dB作為波幅臨界值。與波幅臨界值相比，如果波幅實測值偏低，則需將其判為疑似缺陷區域。因為波幅是相對量，再加上橋梁樁基混凝土結構具有顯著的變異性，所以難以確定波幅的統計規律。

（3）PSD值的判據。在進行超聲波檢測過程中，主要選用斜率法進行異常輔助判斷，也就是說當某一個測點附近的PSD值發生明顯變化時，在這種情況下，需要將其作為疑似缺陷區域。根據橋梁樁身混凝土缺陷程度、是否存在缺陷問題、樁身混凝土的均質性等，橋梁樁身混凝土結構完整性大致可以劃分為4種類型，分別為I類樁、II類樁、III類樁、IV類樁。在本橋梁樁基工程中，各個樁基混凝土聲測剖面測定的PSD值都是穩定的，全部聲測剖面測點出的波幅與聲速都高于臨界值，波形正常，最終判為I類樁[3]。

4 結語

綜上所述，在橋梁樁基檢測中，超聲波檢測技術是一種重要的檢測方法。超聲波檢測技術具有多種優勢，包括便于操作、測量精度高等。因為橋梁混凝土灌注樁比較復雜，在采用超聲檢測技術來檢測橋梁樁身混凝土離析情況與樁身斷樁情況時，需要選不同的判據來檢測與判斷不同測點的質量。如果各個判據檢測結果均滿足要求，表明該測點的樁身的質量是完好的，假如任一判據檢測結果沒有滿足質量要求，表明該測點樁身存在質量缺陷問題。