李陸鋒

（漳州高新區(qū)市政公用服務(wù)有限公司，福建 漳州 363000）

近年來，隨著我國城市建設(shè)的加速，市政橋梁數(shù)量、規(guī)模不斷增加，日益成為城市道路系統(tǒng)中的重要組成部分。在橋梁工程施工中，混凝土樁極易產(chǎn)生縮徑、空洞、混凝土離析和強度降低等問題。在工程項目竣工驗收后，在長期的交通荷載、摩擦和自然環(huán)境的影響下，橋梁混凝土樁基與土體發(fā)生摩擦、地質(zhì)結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷，因此，有必要加強市政橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行評定，并制定切實有效的加固措施，以此提高橋梁工程結(jié)構(gòu)安全性、可靠性，預(yù)防橋梁工程事故的發(fā)生。

1 橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)研究

在市政橋梁工程檢測中，常見的檢測方法包括低應(yīng)變、高應(yīng)變、靜荷載試驗和超聲波檢測等。相較于其它檢測技術(shù)而言，超聲波檢測技術(shù)具有無損、快速、經(jīng)濟(jì)性高等特點，是目前應(yīng)用最為廣泛的橋梁混凝土施工技術(shù)。超聲波檢測技術(shù)原理是借助超聲波在介質(zhì)中彈性振動傳播的原理，由測試儀器產(chǎn)生脈沖信號，并通過發(fā)射探頭將脈沖能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動（如圖1所示）；接收探頭在接收到機(jī)械振動后將其轉(zhuǎn)換為電磁振動能量，并通過分析儀器顯示混凝土結(jié)構(gòu)變化曲線，以此判斷混凝土結(jié)構(gòu)的均勻性、缺陷性質(zhì)和缺陷位置等。

超聲波在混凝土結(jié)構(gòu)中傳輸速度與混凝土介質(zhì)密實程度有關(guān)。對于介質(zhì)相同且距離相同的混凝土結(jié)構(gòu)而言，波速越高則表明混凝土結(jié)構(gòu)越密實，反之，則表明混凝土結(jié)構(gòu)密實度較差。如混凝土結(jié)構(gòu)中存在斷層、孔洞、縫隙等問題，超聲波經(jīng)孔洞和縫隙時會發(fā)生變化，進(jìn)而影響超聲波波峰，導(dǎo)致可見波幅顯著降低，檢測曲線出現(xiàn)畸變。

圖1：超聲波檢測原理示意圖

2 超聲波檢測技術(shù)要點

2.1 超聲測管埋設(shè)技術(shù)要點

在超聲波檢測中，聲測管是實現(xiàn)超聲波透射換能的通道，其埋設(shè)數(shù)量直接影響混凝土結(jié)構(gòu)剖面檢測數(shù)量和檢測精度，因此，埋設(shè)聲測管數(shù)量越多，其檢測精度越高，從而能夠全方位檢測混凝土結(jié)構(gòu)病害情況。但是，聲測管埋設(shè)數(shù)量越多，其檢測成本越高，并一定程度上影響混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測效率，因此，在聲測管埋設(shè)中，應(yīng)綜合考慮檢測精度和檢測成本兩方面因素，合理布設(shè)聲測管。以混凝土樁為例，一般直徑小于800mm的混凝土樁可埋設(shè)2個聲測管；直徑大于800mm且小于2000mm的混凝土樁應(yīng)埋設(shè)3個聲測管，并按等邊三角形布設(shè)；當(dāng)混凝土樁直徑超過2000mm時，應(yīng)按正方形布設(shè)4根聲測管。在實際應(yīng)用中，聲測管可采用焊接或綁扎的方式固定在混凝土樁鋼筋籠內(nèi)側(cè)通道中，并按平行布置的方法埋設(shè)。由于聲測管埋設(shè)質(zhì)量直接影響混凝土檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，在混凝土樁預(yù)制或澆筑施工中，必須加強對聲測管埋設(shè)質(zhì)量的管理和控制。此外，在聲測管的選擇方面，由于不同材質(zhì)的聲測管其透聲系數(shù)存在一定的差異，超聲波脈沖經(jīng)換能器發(fā)出后，經(jīng)聲測管管壁轉(zhuǎn)換至混凝土界面，經(jīng)混凝土介質(zhì)后由另一側(cè)聲測管返回，從而完成整個超聲波檢測過程。

2.2 檢測過程注意事項

在混凝土樁檢測中，應(yīng)在成樁28d以后進(jìn)行檢查。檢測前應(yīng)對樁頭部位進(jìn)行開挖和清理，及時清除表面灰塵和污物，必要時可將表面混凝土磨平，確保檢測混凝土介質(zhì)保持一致，在樁頭開挖和磨平過程中，應(yīng)注意保護(hù)預(yù)埋的聲測管，以免影響聲測管密封性，必要時可采用相應(yīng)的技術(shù)措施加以處理。同時，為確保檢測信號質(zhì)量，應(yīng)對超聲波檢測儀進(jìn)行律定試驗，以波形清晰、聲時準(zhǔn)確為標(biāo)準(zhǔn)，改善檢測儀因素對檢測結(jié)果的影響。此外，根據(jù)檢測混凝土樁樁徑、樁長等因素，應(yīng)合理選擇適宜的換能器，優(yōu)先選擇重量較大的換能器，實現(xiàn)超聲波信號收、發(fā)同步，確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確性、可靠性。

2.3 檢測結(jié)果分析要點

超聲波頻譜檢測結(jié)果主要通過各頻率的分量幅度解析獲得，通過從中找出幅度最大的主頻率，得到不同的頻譜曲線，從而實現(xiàn)對混凝土樁結(jié)構(gòu)病害的分析。在頻譜分析中，應(yīng)充分考慮檢測儀分辨率、漏波、疊加波對檢測精度的影響。

3 混凝土結(jié)構(gòu)缺陷判定方法

在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)缺陷判定中，其關(guān)鍵在于對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的分析。根據(jù)超聲波檢測技術(shù)原理，超聲波聲速、聲時和聲幅是反應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)病害情況的重要因素，依據(jù)三項重要參數(shù)，可采用聲速概率法和PSD判定法對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行評定。

3.1 聲速概率法應(yīng)用要點

在混凝土結(jié)構(gòu)良好的情況下，其超聲波曲線應(yīng)呈正態(tài)分布，如檢測儀器存在誤差，也應(yīng)當(dāng)呈正態(tài)分布規(guī)律。如混凝土結(jié)構(gòu)因施工質(zhì)量原因存在缺陷，其超聲波曲線必然偏離正態(tài)分布，進(jìn)而造成超聲波聲學(xué)參數(shù)產(chǎn)生偏離，因此，以聲速作為混凝土結(jié)構(gòu)病害檢測依據(jù)時，應(yīng)當(dāng)對檢測值是否符合正態(tài)分布進(jìn)行計算，并正確區(qū)分異常值和正常值的標(biāo)準(zhǔn)差，從而準(zhǔn)確找出異常值，并進(jìn)行進(jìn)一步的檢測。根據(jù)該原理，聲速概率法是依據(jù)測點聲速與平均聲速值的偏離程度進(jìn)行判定的一種方法。聲速及平均值計算方式如下：

式中：t為聲時值（μs）；

l為兩根聲測管外壁的距離（mm）；

n為測點數(shù)量；

Vi為第i個測點的聲速值（km/s）；

Vm為混凝土聲速平均值（km/s）

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)聲速值顯著低于平均聲速臨界值時，應(yīng)將該區(qū)域標(biāo)記為可疑區(qū)域（如圖2所示），即Vi＜VD，VD為聲速臨界值。在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，可按聲速平均值與2倍聲速的標(biāo)準(zhǔn)差的差值計算聲速臨界值，以此找出聲速異常值。在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，當(dāng)檢測面聲速離性較小且標(biāo)準(zhǔn)差較小時，可能導(dǎo)致無法采用臨界值方法找出異常值，進(jìn)而造成聲速概率法失效。針對該問題，可采用聲速底限值作為混凝土結(jié)構(gòu)可疑區(qū)域檢測依據(jù)。聲速底限值應(yīng)結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計強度和試件聲速試驗結(jié)果確定，避免出現(xiàn)誤判。

圖2：聲速概率法判定混凝土結(jié)構(gòu)缺陷

3.2 PSD評價法應(yīng)用要點

在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制或澆筑過程中，由于客觀因素的影響，混凝土結(jié)構(gòu)均勻性存在一定的差異，因此，在超聲波檢測時可能出現(xiàn)聲波離散的情況，同時，受聲測管埋設(shè)、綁扎角度因素的影響，可能存在聲測管扭曲的情況，進(jìn)而造成聲時檢測值與理論值差異較大。針對該問題，可采用PSD評定法進(jìn)行檢測和評定。

PSD評定法是在聲時概率法的基礎(chǔ)上運用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行深層次分析，借助聲時參數(shù)—深度曲線之間的斜率和聲時差之間的乘積計算混凝土結(jié)構(gòu)異常值，從而實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)缺陷位置和缺陷程度的判定。相較于聲時概率法而言，聲測管傾斜、混凝土介質(zhì)不均勻等問題對PSD評定法影響不顯著，能夠提高聲時概率法的檢測準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

在混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，不同的檢測技術(shù)原理和檢查方法存在較大的差異，可能影響混凝土結(jié)構(gòu)檢測準(zhǔn)確性。超聲波檢測是一種應(yīng)用較為廣泛的混凝土結(jié)構(gòu)檢測方法，具有無損、檢測方法簡單、施工效率高等特點，廣泛應(yīng)用于各類混凝土工程中。在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測中，應(yīng)結(jié)合混凝土設(shè)計強度等級、使用環(huán)境、荷載情況進(jìn)行綜合性分析，加強聲測管埋設(shè)質(zhì)量、檢測過程質(zhì)量控制，確保檢測數(shù)據(jù)完整、可靠?；炷翙z測完成后，應(yīng)合理選擇判定方法，確保數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確，為橋梁工程加固提供有效依據(jù)。