陳怡昕

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司龍巖管理分公司，福建龍巖 364000）

1 項(xiàng)目概況

廈蓉高速東陽大橋共有涉鐵樁基19 根，中跨8根，邊跨11 根，中跨樁徑為2.8m，樁長(zhǎng)范圍為54～106m，分別布置在跨漳龍鐵路兩側(cè)，其距鐵路最小距離為6.4m。由于直徑大、樁長(zhǎng)深、地質(zhì)條件復(fù)雜（溶洞、易塌地層及斜巖），根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，單根樁基施工工期最長(zhǎng)達(dá)222 天（約7 個(gè)月），已成為制約該工程的控制性工程。由于其距離鐵路近，且溶洞多，為防止坍孔造成鐵路安全隱患，施工時(shí)采取了注漿預(yù)處理、使用鋼管向凝固樁周圍孔壁溶洞注漿、注漿固結(jié)孔壁等措施，從而使樁基的穩(wěn)定性得以提升，完成樁基施工后，為了確保樁基的施工質(zhì)量，對(duì)樁基進(jìn)行了檢測(cè)，由于施工所在地地質(zhì)條件比較復(fù)雜，采取超聲波技術(shù)對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。該項(xiàng)目的樁基柱狀圖如圖1 所示。

圖1 樁基柱狀圖（單位：cm）

2 超聲波技術(shù)在路橋樁基檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 技術(shù)應(yīng)用原理

超聲波技術(shù)應(yīng)用于路橋樁基檢測(cè)的主要原理是將超聲波傳播至混凝土內(nèi)部時(shí)，觀察聲波、頻率、波幅以及波形出現(xiàn)的變化，據(jù)此推斷樁基混凝土存在的缺陷[1]。實(shí)際應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行時(shí)，需要預(yù)先將聲測(cè)管埋置于混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，同時(shí)保證聲測(cè)管內(nèi)部注滿水，然后將換能器放置在注滿水的聲測(cè)管之中，在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，換能器便能夠?qū)﹄娒}沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)變成超聲振動(dòng)，從而使超聲波穿透混凝土，再通過換能器將其轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后通過專用的聲波分析軟件全面分析信號(hào)數(shù)據(jù)，得出分析報(bào)告。

然而，由于在混凝土的傳播過程中超聲波的聲強(qiáng)及聲壓會(huì)遞減，高頻聲波更容易衰減，因此在開展路橋樁基檢測(cè)時(shí)，采用的超聲波類型應(yīng)為低頻超聲波。如果樁基直徑擴(kuò)大會(huì)降低超聲波檢測(cè)的準(zhǔn)確度，如果路橋樁基為嵌巖樁或者是支護(hù)樁，還應(yīng)與低應(yīng)變檢測(cè)方法結(jié)合應(yīng)用檢測(cè)樁端部位，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 技術(shù)應(yīng)用方法

2.2.1 基本檢測(cè)裝置

超聲波檢測(cè)的應(yīng)用范圍比較廣泛，路橋樁基檢測(cè)是其中的一個(gè)方面。針對(duì)路橋樁基檢測(cè)需要配置專用的超聲波檢測(cè)設(shè)備，專門對(duì)樁基混凝土進(jìn)行檢測(cè)。主要設(shè)備包括換能器、計(jì)算機(jī)、電纜、傳感器以及聲音探測(cè)器等。其中，換能器分為接收和發(fā)射兩種換能器，是超聲波檢測(cè)設(shè)備的主要構(gòu)成部分，其主要是通過壓電圓環(huán)所產(chǎn)生的徑向振動(dòng)對(duì)聲波信號(hào)進(jìn)行收發(fā)，其底端一般裝置一個(gè)放大器，作用在于將信噪比增大，提升信號(hào)接收的靈敏度[2]。若在水中使用兩個(gè)換能器，必須將換能器置于潔凈水之中，避免水中的微小顆粒物或泥沙對(duì)超聲波檢測(cè)產(chǎn)生干擾，還要控制水流振動(dòng)，防止其影響超聲波傳播。

2.2.2 安裝聲測(cè)管

在對(duì)該路橋樁基項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要預(yù)先將聲測(cè)管固定在鋼筋籠內(nèi)部，然后通過套筒連接進(jìn)行管道配置，還可采取對(duì)接焊接、螺紋連接等方式進(jìn)行管道配置，其中套筒連接具有良好的效果。預(yù)留管道的作用在于確保檢測(cè)到指定位置，因此其埋深必須和樁底保持齊平，確保超聲波檢測(cè)的范圍能夠達(dá)到管底，從而掌握管底質(zhì)量，同時(shí)需要保證頂部和底部密封嚴(yán)實(shí)，以免聲測(cè)管中摻入雜質(zhì)和泥漿，導(dǎo)致聲測(cè)管發(fā)生堵塞。如果聲測(cè)管的強(qiáng)度、數(shù)量不足，檢測(cè)深度達(dá)不到要求，或是聲測(cè)管質(zhì)量較差，導(dǎo)致混凝土泥漿滲透到管內(nèi)，會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，導(dǎo)致誤判[3]。

2.2.3 具體檢測(cè)方法

（1）操作方法

超聲波檢測(cè)包含樁外孔、跨孔及單孔樁內(nèi)三種檢測(cè)方法，該項(xiàng)目所選方法為跨孔檢測(cè)，因?yàn)檫@種檢測(cè)方法具有較高的可靠性，在實(shí)際樁基檢測(cè)項(xiàng)目中也比較常用，其他兩種方法均適用于特殊情況。開展實(shí)際檢測(cè)時(shí)，必須對(duì)每個(gè)樁基的整體進(jìn)行檢測(cè)，該項(xiàng)目樁內(nèi)各設(shè)置三根聲測(cè)管，實(shí)現(xiàn)樁內(nèi)跨孔檢測(cè)。

樁內(nèi)跨孔檢測(cè)可通過兩個(gè)換能器形成的相對(duì)高程變化，采取斜測(cè)、平測(cè)以及扇形掃描等多種方法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)?？上冗x用平測(cè)法，確保兩個(gè)換能器出現(xiàn)在同一平面內(nèi)，這樣可以全面覆蓋從樁基斷面檢測(cè)到的各類缺陷，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，發(fā)射換能器固定不動(dòng)，此時(shí)接收換能器會(huì)處于內(nèi)部缺陷處附近，并以扇形上下移動(dòng)的方式進(jìn)行檢測(cè)，從而進(jìn)一步確認(rèn)缺陷的具體位置及大小。

（2）樁基混凝土缺陷類型

根據(jù)以往的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)可以了解到，樁基混凝土的缺陷類型包含三種，分別為局部缺陷、縮頸或附著泥團(tuán)、斷樁或?qū)訝钊毕荨?/p>

其中，對(duì)于局部缺陷，采取平測(cè)可將其檢出，但往往需要再通過斜測(cè)進(jìn)行確認(rèn)，如果平測(cè)和斜測(cè)中有一種檢測(cè)出現(xiàn)異常，則可將其判定為局部缺陷，其具體位置在平測(cè)和斜側(cè)測(cè)線交叉點(diǎn)處。

若出現(xiàn)縮頸或附著泥團(tuán)的情況，則通過平測(cè)檢測(cè)出異常情況之后，可采用斜測(cè)核實(shí)，缺陷位置通常在聲測(cè)管周圍或邊緣部位。如果聲測(cè)管兩端均進(jìn)行了測(cè)試，并且測(cè)試結(jié)果為異常，則說明該聲測(cè)管已經(jīng)被泥團(tuán)包裹。

斷樁或?qū)訝钊毕菘刹捎闷綔y(cè)以及斜測(cè)的方式進(jìn)行檢測(cè)，如果平測(cè)和斜測(cè)的測(cè)線處均出現(xiàn)異常狀態(tài)，說明聲測(cè)管周圍或邊緣部位的缺陷已經(jīng)呈連續(xù)片狀形態(tài)[4]。

（3）注意事項(xiàng)

因該項(xiàng)目路橋樁基檢測(cè)可能會(huì)影響承臺(tái)施工，因此開展實(shí)際檢測(cè)時(shí)要注意一些事項(xiàng)，從而保證超聲波檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

首先，多數(shù)樁基缺陷均會(huì)體現(xiàn)在澆筑階段，檢測(cè)之前必須全面了解樁長(zhǎng)、澆筑及所用材料情況，及時(shí)排除外界干擾因素，從而有效節(jié)約檢測(cè)時(shí)間。

其次，應(yīng)該抓住檢測(cè)時(shí)機(jī)，在混凝土齡期達(dá)標(biāo)后即刻開展檢測(cè)，不可將檢測(cè)工作提前。

再次，若出現(xiàn)堵管問題，要對(duì)兩個(gè)換能器的高度進(jìn)行調(diào)整，將兩個(gè)換能器之間的夾角控制在合理范圍內(nèi)。如果堵管過長(zhǎng)，則應(yīng)該采取其他檢測(cè)方法對(duì)整個(gè)樁基實(shí)施檢測(cè)。

最后，聲測(cè)管中的水必須保持注滿狀態(tài)，且為純凈水。

2.3 應(yīng)用評(píng)價(jià)

2.3.1 聲速和聲幅

混凝土具備一定的彈性性能，因此超聲波可以從中傳播，并如實(shí)反映混凝土內(nèi)部的組成關(guān)系。實(shí)際上，聲速越大，表明混凝土的強(qiáng)度越強(qiáng)，混凝土質(zhì)量越好；反之，聲速比較小，說明混凝土澆筑質(zhì)量易出現(xiàn)問題；聲速比較小，同時(shí)伴有連續(xù)性的特點(diǎn)時(shí)，則能判定混凝土缺陷真實(shí)存在。判斷聲速時(shí)可采用低現(xiàn)值法以及概率法，實(shí)測(cè)發(fā)生聲速異常，但測(cè)點(diǎn)的聲速未發(fā)生異常，且比混凝土波動(dòng)常規(guī)值低時(shí)，需要采用低現(xiàn)值法；樁基澆筑時(shí)，受材料質(zhì)量和其他施工因素影響，導(dǎo)致缺陷位置聲速與正態(tài)分布規(guī)律存在沖突，可采用概率法判定混凝土是否存在缺陷。

使用超聲波技術(shù)開展樁基檢測(cè)時(shí)，聲幅（一般代表首波波幅）可以真實(shí)反映混凝土的均勻性和完整程度，檢測(cè)過程中聲波能量會(huì)逐步衰減，雖然會(huì)在一定程度上影響檢測(cè)結(jié)果，但存在缺陷的混凝土中，聲波能量的衰減程度要比正?；炷了p程度大，因此，衰減值是判定混凝土質(zhì)量的重要指標(biāo)。例如，當(dāng)混凝土出現(xiàn)孔洞、蜂窩及離析等病害時(shí)，超聲波在發(fā)射、接收的整個(gè)過程中，會(huì)受樁基內(nèi)部介質(zhì)影響而產(chǎn)生折射、反射及波形交換等一系列情況，所形成的復(fù)雜波束在儀器設(shè)備上會(huì)顯示出比較復(fù)雜和頻繁的信號(hào)，必須通過持續(xù)的觀察準(zhǔn)確判斷信號(hào)間存在的差異，從而確定聲幅、聲速等指標(biāo)與混凝土質(zhì)量之間的關(guān)系。

2.3.2 超聲波頻率和波形

超聲波一般由若干頻率波構(gòu)成，這些頻率波存在高低之分，在混凝土內(nèi)部中的衰減效果也存在差異。如果樁基混凝土質(zhì)量存在問題，超聲波發(fā)生衰減時(shí)會(huì)存在能量損失，從而造成接收波的頻率減緩，在混凝土質(zhì)量及項(xiàng)目施工環(huán)境的影響下，主頻率的穩(wěn)定性較差，其在實(shí)際檢測(cè)中可用于輔助判定。

波形可判斷樁基是否完整，波幅、聲速以及PSD在判定時(shí)均需要借助首波完成計(jì)算，檢測(cè)者一般需要結(jié)合這三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量判定，但由于一些混凝土存在多相復(fù)雜性，可能導(dǎo)致混凝土質(zhì)量缺陷易發(fā)生誤判，如將缺陷不明顯的混凝土視為質(zhì)量合格的混凝土。

波形一般在超聲波發(fā)射后呈疊加形式，形成的波束有不同的傳播路徑，波束前鋒被接收探頭感應(yīng)的時(shí)間各不相同，以此獲取樁基混凝土內(nèi)部的各類信息。在正常混凝土內(nèi)部環(huán)境下，聲波的首波具有高振幅、無畸變、陡峭等特征，通過混凝土缺陷部位時(shí)，首波將會(huì)出現(xiàn)平緩、低振幅、喇叭狀等特征，開展樁基檢測(cè)時(shí)，可利用波形判斷混凝土是否存在質(zhì)量缺陷。

2.3.3 PSD 的判斷依據(jù)

PSD 主要是指在樁基的某一位置，依照PSD 值結(jié)合波幅出現(xiàn)的變化，對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行判定。判定原理是樁基的剖面位置所測(cè)聲時(shí)往往會(huì)伴隨測(cè)點(diǎn)高程出現(xiàn)的變化而變化，若混凝土出現(xiàn)缺陷，則測(cè)點(diǎn)與聲時(shí)之間的關(guān)系會(huì)出現(xiàn)變化，但聲時(shí)不會(huì)隨測(cè)點(diǎn)變化而隨意變動(dòng)。PSD 判斷對(duì)聲時(shí)具有指數(shù)放大作用，在混凝土的缺陷位置，PSD 值的反應(yīng)比較強(qiáng)烈，同時(shí)PSD 可消除聲測(cè)管不平行狀態(tài)、混凝土不均勻狀態(tài)等影響因素，其在判斷混凝土是否存在缺陷方面有較強(qiáng)的敏感性。

2.4 檢測(cè)結(jié)果及分析

通過超聲波技術(shù)對(duì)該項(xiàng)目樁基進(jìn)行檢測(cè)，該項(xiàng)目12#樁基的檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。通過表1 可以了解到，在跨距一定的條件下，PSD 值上下波動(dòng)比較強(qiáng)烈，最大差值為100μs2/m，首波波幅也出現(xiàn)波動(dòng)，最大差異可達(dá)到3.4dB。從聲速指標(biāo)來看，隨著深度的不斷增加，聲速值總體增加，但在樁基距地面0.9～1.2m的位置，聲速出現(xiàn)明顯波動(dòng)，說明此處混凝土質(zhì)量存在缺陷。通過綜合判定，認(rèn)為該項(xiàng)目樁基混凝土質(zhì)量存在缺陷。經(jīng)過處理后再次采用超聲波進(jìn)行檢測(cè)，各指標(biāo)均合格。

表1 該項(xiàng)目12#樁基超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

綜上所述，超聲波技術(shù)是一種常用且有效的路橋樁基檢測(cè)方法，可以對(duì)混凝土內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，從而確定樁基質(zhì)量，但該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，必須嚴(yán)格按照要求和規(guī)定做好檢測(cè)準(zhǔn)備工作，在檢測(cè)過程中按照技術(shù)規(guī)程進(jìn)行操作，保證聲測(cè)管合理安置，并綜合運(yùn)用扇形掃描、斜測(cè)和平測(cè)等多種方法對(duì)混凝土缺陷進(jìn)行檢測(cè)，以提升檢測(cè)質(zhì)量。該項(xiàng)目采用超聲波技術(shù)對(duì)12#樁基進(jìn)行檢測(cè)，得到了樁基內(nèi)部缺陷信息，準(zhǔn)確定位了樁基缺陷位置，為樁基加固處理提供了信息支持。