文/莊軍民

1 前言

橋梁樁基施工中最常見(jiàn)的問(wèn)題就是段樁和蜂窩這幾種，而造成這種問(wèn)題產(chǎn)生的原因大部分是操作方式、人和設(shè)備及周邊環(huán)境所造成的。這些因素會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度及完整性造成在安全性和耐久性方面的影響。所以，聲波透射監(jiān)測(cè)技術(shù)是橋梁樁基混凝土操作中必不可少的一種監(jiān)測(cè)技術(shù)，它可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)出橋梁樁基的質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生在哪里，并且保證橋梁樁基可以滿足施工設(shè)計(jì)的需求。

2 聲波透射法在橋梁樁基檢測(cè)工作中的應(yīng)用機(jī)理

圖1 是適用聲波投射法的示意圖。橋梁木樁的測(cè)量，使用聲波投射法時(shí)，以聲波特性為主要檢測(cè)依據(jù)。具體來(lái)說(shuō)，在被測(cè)量的木樁上預(yù)先埋藏兩種以上的聲音(將它們互相水平地維持在一起的狀態(tài))，并在其內(nèi)部灌水，將其作為結(jié)合劑。再將超聲波脈沖置于聲標(biāo)管中，發(fā)射或接收電磁脈沖，超聲波可以用超聲波發(fā)射超聲波，超聲波可以通過(guò)接收器顯示接收到的超聲波波形。再用超聲波表面的波形，穿過(guò)混凝土中能判斷出海浪的第一聲，頻率和波長(zhǎng)等關(guān)鍵聲源(聲音)[1]。

通過(guò)以上程序，可以通過(guò)橋基木樁的缺陷引起的超聲波波形或相關(guān)參數(shù)的變形等檢查木樁是否存在缺陷。如果柱子中的混凝土存在穿孔、蜂窩、松動(dòng)等質(zhì)量缺陷，產(chǎn)生的超聲波就可以繞道或散射。超聲波的最初到達(dá)時(shí)間和能量感應(yīng)特性、波形畸形程度、頻率變化等，可以準(zhǔn)確測(cè)定部分中混凝土濃度系數(shù)等。對(duì)于圖2 所示的完整的木樁和有缺陷的木樁，通過(guò)聲波投射法得到的木樁略有不同，可以確定橋梁木樁是否存在質(zhì)量上的缺陷。橋身的木樁質(zhì)量問(wèn)題，根據(jù)平測(cè)的超聲波投射法，正確地判斷出個(gè)數(shù)有缺陷的固定式位置，但卻無(wú)法進(jìn)一步測(cè)定這種方法及其缺陷的具體范圍，可以外向測(cè)量法上測(cè)定。應(yīng)該合理的即興發(fā)揮使車向外伸出頭部進(jìn)行控制?？紤]到連接面上安裝的半地面加速器本身具有一定的指向性，相應(yīng)的環(huán)的高度差小于挑距的水平距離。通過(guò)這一缺陷部位時(shí)，超聲波信號(hào)會(huì)發(fā)生畸形變化，將兩個(gè)探索隊(duì)之間的高低部分和異常區(qū)域范圍配合起來(lái)，就可以近似地判斷抹消障礙的范圍了。如果相應(yīng)木樁的缺陷比較輕微，那么如果在聲道附近存在淤泥等現(xiàn)象，信號(hào)畸形變化的范圍就會(huì)縮小，否則信號(hào)畸形變化的范圍就會(huì)擴(kuò)大。另外，利用扇形掃描可以更準(zhǔn)確地劃分木樁的缺陷部位[2]。

3 基本概念與檢測(cè)原理

超聲波具有超強(qiáng)的滲透性，在使用超聲波測(cè)橋梁樁基的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)橋梁樁基是有問(wèn)題的那么，超聲波透射時(shí)的波幅、時(shí)間、頻率和波形等重要參數(shù)將發(fā)生顯著變化。通過(guò)改變上述參數(shù)，測(cè)試人員將能夠查明鋼筋混凝土中的潛在缺陷和問(wèn)題。在具體檢查過(guò)程中，首先要將聲測(cè)管埋在監(jiān)測(cè)通道中。然后，在對(duì)聲測(cè)管進(jìn)行徹底清洗后，必須在聲測(cè)管中放置一定數(shù)量的清水介質(zhì)作為耦合物。應(yīng)當(dāng)指出的是，在灌注過(guò)程中不得發(fā)生外泄。 在完成上述行動(dòng)后，需要使用超聲波發(fā)射機(jī)，并通過(guò)發(fā)射探頭和接收探頭同時(shí)發(fā)射和接收超聲波信號(hào)。在測(cè)試結(jié)束后，工作人員通過(guò)對(duì)頻率參數(shù)、波形等等進(jìn)行全面分析，獲得有關(guān)橋梁物理混凝土缺陷的性質(zhì)的準(zhǔn)確信息。例如，如果需要測(cè)量的橋樁混凝土出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題，超聲波傳遞期間阻抗值將會(huì)大大降低，超聲波的傳播速度將會(huì)降低。在這種情況下，接收器收到的超聲波、聲波時(shí)間等參數(shù)將會(huì)異常顯示出來(lái)，工作人員就可以通過(guò)變化的數(shù)據(jù)分析并確定橋梁樁基混凝土中的缺陷[3]。

3.1 好處與弊端的辨析

首先來(lái)探討一下超聲波透射法在橋梁樁基檢測(cè)中的優(yōu)點(diǎn)。其可以很準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)出大型樁柱的質(zhì)量問(wèn)題，比如，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中有一根直徑大于或等于0.8m 的樁柱，普通的監(jiān)測(cè)方式無(wú)法準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)出其有沒(méi)有質(zhì)量問(wèn)題，但是超聲波透射監(jiān)測(cè)就不存在類似問(wèn)題。因?yàn)樗梢圆皇軜堕L(zhǎng)、樁徑的影響。而且在監(jiān)測(cè)過(guò)程中不會(huì)因?yàn)楸O(jiān)測(cè)到一個(gè)問(wèn)題就停下，然后再繼續(xù)這種現(xiàn)象不會(huì)出現(xiàn)在超聲波透射法上面。因?yàn)?，它具備可以一次性監(jiān)測(cè)出所有問(wèn)題的能力并可以將更細(xì)微的問(wèn)題發(fā)現(xiàn)。同樣這種監(jiān)測(cè)方法的弊端也非常的明顯，因?yàn)橐胖脗?cè)身管從而會(huì)增加測(cè)驗(yàn)費(fèi)用，對(duì)施工造價(jià)有著一定的影響。

此外，預(yù)先埋聲測(cè)管的效果將會(huì)影響到監(jiān)測(cè)結(jié)果。因此，在采用超聲波透射檢測(cè)方法時(shí)，對(duì)預(yù)埋聲測(cè)管質(zhì)量必須進(jìn)行嚴(yán)格管控，以避免出現(xiàn)聲測(cè)管被堵等問(wèn)題。還有一種弊端是，由于測(cè)試項(xiàng)目多，會(huì)產(chǎn)生很多的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，這將會(huì)給工作人員的后期工作帶來(lái)一定的壓力。與反應(yīng)應(yīng)答波等探測(cè)技術(shù)相比，相對(duì)應(yīng)變反射波法等檢測(cè)技術(shù)而言，聲波透射法的操作簡(jiǎn)單、方便，檢測(cè)數(shù)據(jù)更加精確、可靠[4]。

4 工程應(yīng)用分析

4.1 工程概況

圖3 聲波透射法檢測(cè)

本項(xiàng)目涉及江西省高速公路橋梁樁基工程。高速公路總長(zhǎng)約150km，設(shè)計(jì)速度可達(dá)100km/小時(shí)。由于沿線的地質(zhì)和地形限制，在設(shè)計(jì)過(guò)程中決定采用樁基礎(chǔ)形式對(duì)橋墩結(jié)構(gòu)的施工。地質(zhì)勘探報(bào)告顯示，工程地質(zhì)環(huán)境對(duì)于進(jìn)行橋梁樁基工程相對(duì)復(fù)雜，地下水線比較高，因此對(duì)樁基的質(zhì)量有嚴(yán)格的建造要求。此外，在一些地區(qū)，有著較厚的分紅層和淤泥黏土層分布。經(jīng)過(guò)深入的分析，我們決定使用摩擦類型的鉆孔灌注樁。該項(xiàng)目樁基的長(zhǎng)度在5.4m 至100m 之間。在檢驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)直徑較大、長(zhǎng)度較大的樁基，對(duì)其的施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)聲波透射方法進(jìn)行檢驗(yàn)的[5]。

4.1.1 測(cè)試前準(zhǔn)備

測(cè)試前準(zhǔn)備的方向有兩個(gè)，一個(gè)是要對(duì)測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行排查確保，后期監(jiān)測(cè)的時(shí)候不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的因素影響到測(cè)試的效果。另一方面，儀器與超聲系統(tǒng)之間的延遲時(shí)間是在檢查前通過(guò)標(biāo)定法校準(zhǔn)來(lái)檢查。此外，工作人員還計(jì)算和校正了測(cè)聲管的高度和耦合的水層。

4.1.2 清洗聲測(cè)管

在進(jìn)行樁身混凝土的檢查之前，首先要做的就是將聲測(cè)過(guò)內(nèi)打掃的一干二凈，只有這樣才能完整的對(duì)其進(jìn)行分析。

隨后，為了避免影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須保護(hù)聲波管不受碎石等雜質(zhì)掉落的影響。此外，清潔可以使用高壓泵和真空壓縮機(jī)等設(shè)備，但是水必須是干凈的。如果在清洗過(guò)程中使用了含有沙子的混合水，那么樁基底部的聲測(cè)管道可能會(huì)產(chǎn)生影響測(cè)試結(jié)果的泥沙沉淀。在沖洗完聲測(cè)管后，工作人員需要測(cè)量沖洗深度，并根據(jù)實(shí)際測(cè)量記錄，之后，工作人員必須給聲波管灌滿干凈的水，并且將出入口進(jìn)行封閉，以防止沙子進(jìn)入聲波管[6]。

4.1.3 應(yīng)用效率分析

在對(duì)應(yīng)用效果的分析中，研究對(duì)象被選為這個(gè)項(xiàng)目的樁基之一。該樁長(zhǎng)為56.5m，樁基的直徑為1000mm。樁基混凝土的強(qiáng)度是C30。在檢索樁基完整性的過(guò)程中，共安裝了3 個(gè)不同的聲測(cè)管，不同測(cè)點(diǎn)之間的距離為0.25cm，監(jiān)測(cè)時(shí)間是該樁基的28d 齡期。該樁基的實(shí)測(cè)曲線探測(cè)數(shù)據(jù)顯示，1-2 剖面的聲速為4.289m/s，平均波幅為101.34db。1-3 剖面的聲速為4.171m/s，但平均波幅為101.88db；2-3 剖面聲測(cè)值為4.460m/s，平均波幅為102.19db。以上監(jiān)測(cè)數(shù)值均為平均值。

5 結(jié)語(yǔ)

聲波透射法在橋梁樁基的混凝土監(jiān)測(cè)中起到的是至關(guān)重要的作用。特別是在大的直徑，超高長(zhǎng)度，特殊的地質(zhì)環(huán)境中，其監(jiān)測(cè)效果并不受樁基的長(zhǎng)度，直徑等許多外在因素的影響。所以，當(dāng)下最重要的事就是加快對(duì)聲波透射法的開(kāi)發(fā)和研究。還應(yīng)該在正式的監(jiān)測(cè)時(shí)間段里將聲測(cè)管清洗干凈，對(duì)聲測(cè)管出現(xiàn)故障的問(wèn)題進(jìn)行嚴(yán)格處理，做好線對(duì)和拉線作業(yè)，提高橋梁樁基工程的檢測(cè)質(zhì)量和效率。