吳建江 張成成

摘要：橋梁樁基混凝土采用超聲波檢測技術檢測混凝土的完整性和強度指標，可以為公路橋梁的驗收提供科學依據，橋梁樁基施工具有高度的隱蔽性，施工質量缺陷極不容易被發(fā)現，質量事故的處理成本較高、技術難度也較大。橋梁樁基檢測是樁基施工質量控制的必要環(huán)節(jié)。以華北地區(qū)橋梁樁基施工超聲波檢測技術為例，通過第三方的檢測案例，分析了混凝土超聲波檢測技術在橋梁樁基檢測技術中的應用。

關鍵詞：橋梁混凝土;超聲波檢測技術;樁基檢測;應用分析

近年來我國高等級公路橋梁建設速度突飛猛進，橋梁樁基已經成為一種重要的基礎結構形式，華北地區(qū)橋梁樁基工程由于其特殊的設計構造和地質條件，平原地區(qū)樁基多為樁基與土體相互摩擦的摩擦樁，由于工程條件和地質特性的特殊性，受到施工專業(yè)技術水平及經驗的影響而變得比較復雜，樁基施工中極易形成縮徑、空洞、混凝土離析和混凝土強度偏低等質量缺陷，要想準確的測定樁基缺陷的位置和缺陷類別，制定正確的處理措施、評定樁基的質量等級，橋梁樁基檢測技術已經成為橋梁檢測的重要組成部分。

1樁基檢測技術組成及分類

橋梁樁基的成樁檢測方法按橋梁檢測規(guī)范有低應變、高應變、靜載荷載試驗和超聲波檢測，其中超聲波檢測是應用較為廣泛和有效的檢測方法。超聲波檢測樁基技術是利用超聲波在介質中傳播質點的彈性振動過程，測試儀器產生的脈沖信號激勵發(fā)射頭，發(fā)射探頭將脈沖能量轉化為機械振動，接收探頭再將機械振動轉化為電磁振動能量，發(fā)射的超聲波經過介質水的耦合和放大，從而顯示在檢測儀的屏幕上，成為可以直觀觀察和讀取的波形曲線數據，通過曲線判斷樁身混凝土的均勻性、缺陷性質和缺陷部位。

采用超聲波檢測設備RS-ST06D型超聲波檢測儀及配件（圖1）進行樁基檢測，現場連接示意圖如圖2。

進行樁基超聲波試驗分析時，當波形曲線形態(tài)完整圓滑、振幅大、主頻峰值突出、首波陡峭，第一周期波形沒有畸形波，接收波的包絡呈現明顯的半圓形，一周期的后半周達到較高振幅時，可以判斷此灌注樁沒有質量缺陷。

2超聲波的檢測技術的應用

在日常的樁基超聲波檢測數據采集和分析時，要著重采用波幅臨界值、聲速值進行判定，結合波形特征來判定樁身的完整性，特殊情況時要綜合PSD值、聲速離異系數以及相關資料來判定樁身完整性的類別，超聲波檢測數據統(tǒng)計分析參數主要有：①混凝土聲速的平均值V均;②混凝土聲速的標準差Sv;③混凝土聲速的變異系數Cv;④波幅測量的平均值Am;⑤混凝土的PSD值。

《公路工程基樁動測技術規(guī)程》（JTG/T 3512-2020）中，根據樁身是否存在缺陷、嚴重程度和波形特征，將樁身的完整性按以下4類進行劃分及判定：Ⅰ類樁：樁身完整，可正常使用;各聲測剖面每個測點的聲速、波幅值均大于臨界值，波形正常。

Ⅱ類樁：樁身基本完整，有輕度缺陷，不影響正常使用;某一聲測剖面?zhèn)€別測點的聲速、波幅值略小于臨界值，波形基本正常。Ⅲ類樁：樁身有明顯缺陷，對樁身結構承載力有影響;某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值小于臨界值，PSD值變大，波形產生畸變。Ⅳ類樁：樁身有嚴重缺陷，對樁身結構承載力有嚴重影響;某一聲測剖面連續(xù)多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值明顯小于臨界值，PSD值突變，波形嚴重畸變。某單位路橋檢測中心負責檢測的XX高速公路X標段k53+382.6辛莊橋的的超聲波檢測樁基，樁基設計直徑1200mm，設計樁長為41m，采用內部埋設ABC三根聲測管的檢測方法，聲測管組數為AB、AC、BC三組相互耦合，耦合介質為水，1-1#～1-3#樁基的完整性檢測結果如表1。

在橋梁樁基的超聲波檢測檢測過程中，超聲波到達樁基混凝土的缺陷臨界面時，超聲波會發(fā)生散射和繞射，使得到達接收換能器的波幅振動明顯變化，可以根據放大的換能器信號和聲波波幅的變化劇烈程度，判別缺陷的性質及大小。同時超聲波通過缺陷部位也會引起傳播路徑及其相位的變化，影響信號的主頻和頻譜的形狀，造成接收信號的波形畸變，超聲波的能量迅速衰減，傳播路徑發(fā)生變化，這時可以結合低應變檢測技術進行缺陷樁基檢測（圖3），將其與超聲波檢測結果示意圖（圖4）進行比較，從而準確判斷樁基的完整程度，達到無破損樁基檢測精確的目的。

利用超聲波分別對完整混凝土和缺陷混凝土進行檢測比較，通過超聲波的聲速、波幅頻譜圖差異的比較，充分利用缺陷混凝土與超聲波聲學參數的相關關系，可以綜合判定混凝土的內部缺陷情況，利用超聲波分析PSD與聲速波幅結合的綜合測定，可以對樁身混凝土進行判斷，超聲波檢測在橋梁樁基工程施工的質量檢測中能夠取得滿意的結果。

3超聲波檢測樁基的注意事項

（1）超聲波聲測管埋設時必須保證各聲測管之間相互平行對稱，探頭可以在聲測管內同步自由的伸縮，橋梁聲測管埋設根數與樁基的直徑密切相關，公路橋梁工程中樁徑小于800mm時聲測管一般為2根，樁徑大于1600mm時聲測管一般不少于4根，樁徑在800mm～1600mm時聲測管宜采用3根，采用儀器檢測時每2根聲測管為一組分別進行檢測。

（2）樁基宜在成樁28d后進行超聲波檢測，樁頭部位先開挖和破除樁頭，表面磨平后再進行檢測，必要時在表面鋪水泥砂漿整平檢測面，破樁頭要注意保護成樁時埋設的聲測管，注意聲測管內不得掉進混凝土殘渣等雜物，不得灌入泥漿而影響測試探頭順利放入樁底，必要時應采取相應的技術處理措施。

（3）聲測管應與鋼筋籠的主筋牢固的綁扎在一起，禁止采用焊接形式與主筋焊接在一起，沿樁長每隔不超過3m采用鉛絲綁扎一道，聲測管口接頭處與主鋼筋點焊連接，聲測管采用鑄鐵管制作，鑄鐵管壁厚滿足設計和規(guī)范要求，要特別注意鑄鐵管接頭處的焊接質量，保證聲測管的內徑有足夠空間，換能器能夠在聲測管內部自由伸縮。

（4）超聲波檢測儀器由數據采集系統(tǒng)、成對換能器組成，檢測儀器符合鑒定有效期內的技術性能求，檢測前進行嚴格的律定試驗，波形清晰、聲時準確，換能器的精度要符合成樁的設計要求，盡量采用重量相對較大的換能器，換能器要能夠同時收放、高度始終保持一致。

（5）超聲波的頻譜分析通過各頻率的分量幅度解析，找出幅度最大的主頻率，在頻譜分析時截取不同的波列長度將得到不同的頻譜曲線，在頻譜分析中要考慮分辨率和漏波對檢測精度的影響，同時考慮疊加波對檢測的不利影響。

（6）檢測中要獲得一次波頻譜特性，橋梁樁基檢測要合理選取采樣的頻率，使信號的頻譜分析有足夠的精度，最大限度的降低時域精度和頻域精度的影響范圍。

4超聲波樁基檢測技術的局限性

超聲波檢測樁身部位的混凝土缺陷一般都能夠順利測出，但是樁身混凝土檢測只是針對兩根管間的混凝土，而對于樁基的擴徑等則不能有效的測出，因此超聲波檢測技術是具有一定局限性的，超聲波只能檢測樁基部分的混凝土質量，對于嵌巖樁或者支撐樁，還應該配合低應變反射法檢測樁端的支撐情況，以確保樁基保承載力滿足設計和規(guī)范要求。

5結語

超聲波樁基檢測技術具有檢測設備簡單、操作快捷方便的特點，超聲波測試儀的穿透能力較強，特別適用于對樁基混凝土的檢測和驗收，超聲波技術可以適用于超大尺寸混凝土灌注樁的檢測，也可以檢測樁基混凝土內部的質量缺陷和強度情況，超聲波測試時需要操作人員具有一定的工作經驗，檢測精度的高低與試驗人員的經驗判斷密切相關，超聲波檢測技術能夠得到某些測線上的混凝土質量信息，利用超聲波數據進行統(tǒng)計計算分析，其成像結果是精確可控的。

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