陳王劍

(貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司)

0 引 言

樁基作為我國橋梁工程最為常用的基礎(chǔ)形式，具有承載能力較高以及抗震性能強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠?qū)蛄汗こ躺喜拷Y(jié)構(gòu)的荷載有效的傳遞到土層或者巖層結(jié)構(gòu)中，對(duì)于提高橋梁工程的穩(wěn)定性，緩解橋梁基礎(chǔ)的沉降也具有重要的作用。然而由于樁基施工作業(yè)過程中容易受到工程地質(zhì)條件、施工工藝、施工水平以及作業(yè)管理等各方面因素的影響，導(dǎo)致橋梁樁基出現(xiàn)斷裂、縮頸、混凝土離析或者是夾雜泥沙等問題的發(fā)生，不僅影響樁基的承載能力，甚至有可能造成橋梁工程安全事故的發(fā)生。因此，必須強(qiáng)化橋梁樁基檢測(cè)管理，尤其是樁基的無損檢測(cè)技術(shù)，以便于評(píng)估橋梁樁基的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，確保樁基工程施工質(zhì)量以及橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的安全可靠。

1 超聲波法進(jìn)行樁基試驗(yàn)檢測(cè)的基本原理

采用超聲波法進(jìn)行樁基檢測(cè)，根據(jù)超聲波的傳播以及接收途徑不同，可以分為回波法以及透射法兩種形式?；夭ǚㄖ饕m用于均勻的介質(zhì)，例如對(duì)于金屬等結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。對(duì)于主要由非均勻的混凝土以及鋼筋等材料組成的樁基，主要是采用透射法進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。

利用透射法檢測(cè)橋梁樁基的原理為在橋梁樁基工程施工階段，在混凝土樁基內(nèi)事先預(yù)埋檢測(cè)管作為超聲波法的檢測(cè)通道，并在檢測(cè)管內(nèi)灌注足量的清水作為試驗(yàn)檢測(cè)的耦合劑，然后將超聲波檢測(cè)設(shè)備的超聲波發(fā)射探頭與接收探頭置于聲測(cè)管的兩側(cè)，超聲波檢測(cè)設(shè)備所發(fā)出的超聲波脈沖在經(jīng)過需要檢測(cè)的樁基后，由接收器接收，進(jìn)而得到超聲波脈沖經(jīng)過樁基的時(shí)間、超聲波穿過后的波幅、超聲波的主頻率、超聲波波形以及頻譜等一系列的參數(shù)。由于超聲波在混凝土傳播的過程中，超聲波的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生散射、吸收或者是擴(kuò)散衰減，因而可以通過這些參數(shù)作為判斷分析的依據(jù)，對(duì)混凝土樁基的施工質(zhì)量以及存在缺陷的位置進(jìn)行判斷分析，并對(duì)樁基混凝土的強(qiáng)度以及均勻性作出最后的評(píng)價(jià)。利用超聲波法進(jìn)行樁基檢測(cè)的原理如圖1 所示。

圖1 超聲波法進(jìn)行樁基試驗(yàn)檢測(cè)示意圖

2 超聲波透射法樁基檢測(cè)的準(zhǔn)備工作

(1)預(yù)埋聲測(cè)管。利用透射法檢測(cè)樁基工程質(zhì)量需要在樁基內(nèi)事先預(yù)埋聲測(cè)管，對(duì)于樁基直徑不足1.5 m 的情況一般埋設(shè)三根聲測(cè)管，樁基直徑在1.5 m 以上的通常需要埋設(shè)四根聲測(cè)管以便于對(duì)樁基施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。聲測(cè)管的材質(zhì)盡量選擇使用金屬管，管間的連接宜采用螺紋連接，聲測(cè)管內(nèi)徑應(yīng)該至少大于換能器的外徑1.5 cm。聲測(cè)管可以采取與鋼筋籠一同綁扎的方式安裝，并在聲測(cè)管的地步進(jìn)行封閉，管口高出樁基30 cm，為避免雜物進(jìn)入應(yīng)加封口蓋。聲測(cè)管埋置方式如圖2、圖3 所示。

圖2 圓形樁聲測(cè)管布置圖

圖3 矩形樁聲測(cè)管布置圖

(2)儀器設(shè)備的檢查。在開始樁基質(zhì)量檢驗(yàn)之前，應(yīng)該對(duì)超聲波法的試驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)行檢查，確保通電后各項(xiàng)儀器設(shè)備的正常。儀器設(shè)備主要有聲波測(cè)試儀、換能器(通常使用柱狀徑向振動(dòng)的換能器)以及顯示系統(tǒng)組成。此外，還應(yīng)該對(duì)超聲波透射法檢測(cè)的延遲時(shí)間以及聲時(shí)修正值進(jìn)行檢測(cè)，聲時(shí)修正值t'的計(jì)算公式所示

式中:D 為聲測(cè)管的外徑，mm;D 為聲測(cè)管內(nèi)徑，mm;d'為換能器外徑，mm;vt為聲測(cè)管壁厚度方向聲速，km/s;vw為水的聲速，km/s。

3 超聲波透射法樁基質(zhì)量檢測(cè)

3.1 超聲波透射法試驗(yàn)檢測(cè)流程

首先應(yīng)該將發(fā)射換能器以及接收換能器在安裝扶正器后置于聲測(cè)管之中，并確保能夠在聲測(cè)管內(nèi)部順利的升降。然后調(diào)整超聲波檢測(cè)儀器的具體參數(shù)，使接收信號(hào)具有較高的信噪比，波幅能夠在顯示器中得到確認(rèn)。測(cè)點(diǎn)的間距應(yīng)當(dāng)在0.2 ～0.5 m 左右，如果在試驗(yàn)檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)該適當(dāng)?shù)膶?duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行加密。發(fā)射以及接收換能器應(yīng)該在同一標(biāo)高或者是相差固定的高度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)盡可能的從聲測(cè)管的底部自下而上的開展，對(duì)超聲波的行聲時(shí)、波幅及接收波頻率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于各種不正常的波形應(yīng)當(dāng)及時(shí)的記錄，并通過平測(cè)、斜測(cè)、雙向斜測(cè)及扇形掃測(cè)等方式進(jìn)行加密測(cè)量。對(duì)于存在多根聲測(cè)管的樁基，應(yīng)該以兩根聲測(cè)管作為一組，分組進(jìn)行樁基質(zhì)量的試驗(yàn)檢測(cè)。

在對(duì)樁基的每組聲測(cè)管試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)束后，應(yīng)該對(duì)樁基進(jìn)行隨機(jī)的重復(fù)性的試驗(yàn)檢測(cè)，抽檢量應(yīng)該控制在樁基試驗(yàn)檢測(cè)量10% ～20%，盡可能的控制聲時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差在5%范圍內(nèi)，波幅相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差在10%范圍內(nèi)，對(duì)于聲時(shí)及波幅存在明顯異常的情況應(yīng)該進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，以準(zhǔn)確的反映試樁基驗(yàn)檢測(cè)質(zhì)量。

3.2 超聲波透射法樁基檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理

(1)聲時(shí)、聲速值以及波幅衰減值的計(jì)算。聲時(shí)、聲速值以及波幅衰減值等試驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)的計(jì)算公式(2)所示

式中:tci為樁基第i 測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)，us;Ti為第i 測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)原始測(cè)量值，us;t0為超聲波檢測(cè)系統(tǒng)的延遲時(shí)間;t 為聲時(shí)修正值;I 為兩根聲測(cè)管外壁間的凈距;Vi為第i 測(cè)點(diǎn)的聲速，km/s;A 為第i 測(cè)點(diǎn)的聲波波幅衰減值;Ai為第i 測(cè)點(diǎn)的聲波波幅值;C 為常數(shù)CA/D 轉(zhuǎn)換的最大值。

(2)橋梁混凝土樁基完整性的確定。對(duì)于混凝土樁基完整性的判斷，主要是結(jié)合臨界值、聲速、波幅衰減臨界值等幾項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行確定。橋梁混凝土樁基缺陷的判定條件公式(3)所示

式中:VD為超聲波的聲速臨界值，km/s;Vm為聲速平均值，km/s;Sv為聲速標(biāo)準(zhǔn)差，km/s;AD為波幅衰減臨界值，dB;Am為波幅衰減平均值，dB。

對(duì)于測(cè)試結(jié)果，如果同時(shí)滿足Vi＜VD和Ai＞AD公式條件時(shí)，表明該測(cè)點(diǎn)可視為缺陷點(diǎn)，但是如果僅僅滿足Vi＜VD公式條件時(shí)，可以初步判定為橋梁樁基的可疑缺陷點(diǎn)。此外，在對(duì)樁基的完整性進(jìn)行判定過程中，還應(yīng)該綜合對(duì)頻率和接收波波形等進(jìn)行分析。在明確同一樁基的缺陷測(cè)點(diǎn)之后，應(yīng)該對(duì)樁基整體施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，利用超聲波透射法檢測(cè)橋梁樁基完整性的具體評(píng)定方法如表1 所示。

表1 超聲波檢測(cè)抗完整性評(píng)定表

4 結(jié) 語

超聲波法作為橋梁樁基無損檢測(cè)的重要方法，可以準(zhǔn)確的反映橋梁樁基的實(shí)際情況，而且技術(shù)成熟可靠，操作簡(jiǎn)單方便，對(duì)于提高樁基試驗(yàn)檢測(cè)效率具有重要的作用。相關(guān)技術(shù)檢測(cè)人員在利用超聲波法進(jìn)行樁基試驗(yàn)檢測(cè)過程中，必須明確超聲波法的工作原理，嚴(yán)格按照《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)要求進(jìn)行操作，并科學(xué)合理的進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，確保超聲波檢測(cè)的準(zhǔn)確度，為橋梁樁基工程施工質(zhì)量控制提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑u(píng)判依據(jù)。

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