羅宏

（中鐵一局集團有限公司第三工程分公司，陜西 寶雞 721000）

1 引言

我國提出了大力發(fā)展交通事業(yè)以提升現(xiàn)代化建設(shè)的戰(zhàn)略舉措。在交通工程建設(shè)中，打造更加安全可靠的現(xiàn)代化橋梁成為建設(shè)施工中的重要一環(huán)，無論是在城市立體交通建設(shè)中還是在中西部山地丘陵地區(qū)的交通設(shè)施建設(shè)中，橋梁施工技術(shù)都被廣泛應(yīng)用，因此，研發(fā)現(xiàn)代工程檢測技術(shù)是提升橋梁建設(shè)質(zhì)量水平的重要路徑，對我國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)具有重要意義，其中的超聲波檢測技術(shù)可以高效地對橋梁樁基質(zhì)量進行檢測，從而更好地保障現(xiàn)代化橋梁工程的施工質(zhì)量。

2 使用聲波透射技術(shù)進行橋梁樁基檢測的方法

使用聲波透射技術(shù)進行橋梁樁基檢測的3種方法分別是：樁內(nèi)單孔透射法、樁外孔透射法和樁內(nèi)跨孔透射法。

2.1 樁內(nèi)單孔透射法

該方法往往作為鉆芯檢測的一種補充手段使用。所謂樁內(nèi)單孔投射法，就是在樁基內(nèi)部預留1個單孔，在孔中安裝1個換能器，換能器同時擁有發(fā)射裝置和接收裝置，在進行檢測時，通過添加隔音材料對整個系統(tǒng)進行內(nèi)部隔離，換能器發(fā)射超聲波后，超聲波通過耦合劑穿透到混凝土中，最后返回到不同接收器上，通過獲得的聲學參數(shù)可有效測量混凝土樁基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。需要注意的是，當樁基內(nèi)部有鋼管時，會嚴重干擾測量效果，因此，該方式不能應(yīng)用于有鋼管結(jié)構(gòu)的混凝土樁基測量中[1]。

2.2 樁外孔透射法

樁外孔透射法適用于沒有換能器孔洞結(jié)構(gòu)的樁基測量中。在測量時，可選擇在樁基外部土層中鉆取1個測量孔進行測量，整個系統(tǒng)同樣具有發(fā)射換能器、接收換能器和聲波檢測儀3個部分，安裝時，要將發(fā)射換能器貼合在樁基頂部，在鉆取的孔洞中放置接收換能器，這樣接收到的聲波是通過樁基混凝土和土層的聲波形態(tài)。

該方法操作簡單，且不會對樁基造成破壞，但在實際操作中發(fā)現(xiàn)，聲波在透過土層時衰減速度很快，因此，該方案對發(fā)射器的功率要求較高，且不適合長樁基的測量，在檢測方向上，也只能用于判斷樁基是否出現(xiàn)端樁、縮頸等問題，若灌注樁剖面不規(guī)則，便會大大增加測量誤測率，因此，該方法需結(jié)合測試需求酌情選擇[2]。

2.3 跨孔透射法

跨孔透射法是超聲波透射檢測法中最主要的一種檢測方法，該方法需在樁基內(nèi)部預埋2根聲測管，測量時在管內(nèi)注入清水，并在兩管內(nèi)分別放入發(fā)射換能器和接受換能器，在檢測操作中，聲波脈沖從發(fā)射換能器透射過混凝土和耦合水后到達接收換能器，能接收到的聲波范圍就是有效的檢測范圍。

該檢測方式雖需預留2根聲測管，但在實測中具有諸多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在能夠極大地提升檢測工作的靈活性。在實際檢測中，可通過同步提升發(fā)射換能器和接收換能器高度的方式進行平測，逐步完成對整個樁基的測量。另外，還能讓發(fā)射換能器和接收換能器之間形成高度差，讓測量聲波形成一定的斜角，在測量到內(nèi)部裂紋和異物時，可不斷調(diào)整高度差形成不同的聲波網(wǎng)，對裂紋點數(shù)據(jù)進行交叉測量，以得到更精準的測量數(shù)據(jù)；還可以通過固定一點，只移動另一點的扇形測量方式，收集大量數(shù)據(jù)信息，能夠大大提升測量的精準度和可靠度[3]。

3 基于實際工程的測量和數(shù)據(jù)分析

3.1 工程概況

廣西天峨縣天峨四橋工程，橋梁總長459 m，為4×20 m連續(xù)梁+（70+192+110）m的高低塔三跨中央雙索面斜拉橋。大橋采用雙向4車道，橋梁全寬24.5 m。橋梁總樁數(shù)為44根，樁徑為1200～2800 mm，其中，6#主墩樁徑2800 mm。

此次測量的橋梁樁基采用鉆孔灌注樁，樁基樁徑2.8 m，樁長20 m，內(nèi)部有預埋聲測管4根，檢測工作選擇在灌注完成后4周進行。

3.2 檢測準備

檢測準備主要從技術(shù)調(diào)研、環(huán)境控制和儀器準備3個方面進行。

1）在技術(shù)調(diào)研中，先深入了解了此次橋梁工程的樁基特點，其預埋的4根聲測管呈正方形布置，多個聲測管的布局非常適合采用跨孔透射法，在具體技術(shù)上結(jié)合以往檢測經(jīng)驗，并吸收借鑒了該布局狀態(tài)下優(yōu)秀的聲波測量分析技術(shù)，重點探討了消除疊加波提升檢測精確度的有效措施，為現(xiàn)場實測做好了技術(shù)準備，并制訂了適用于現(xiàn)場測量的初步方案。

2）在環(huán)境控制方面，主要操作是定時檢測樁基固化效果，保證其固化水平能夠充分達到超聲波測量要求，然后在樁頭部分先進行了一定的開挖和破除樁頭操作，并對表面進行了磨平，為后續(xù)檢測做準備，同時，檢測并清理聲測管內(nèi)部雜質(zhì)，保證其后期檢測結(jié)果的精確性。

3）在設(shè)備的選擇上，選用了超聲波儀及徑向振動換能器，本橋梁樁基超聲波檢測采用ZBL－U5600便攜式超聲儀，該儀器是常用混凝土超聲波探測儀的改進版，具有很好的通用性，能有效完成混凝土缺陷檢測、基樁完整性檢測、結(jié)合面質(zhì)量檢測、材料物理力學性能檢測等多項檢測，在換能器選擇上，選用了發(fā)射縱波的振動換能器。

3.3 現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場檢測內(nèi)容主要包括以下3項：（1）聲測管的平行性測量，檢測各個聲測管是否完全平行，實測顯示4根聲測管的平行數(shù)據(jù)較小，但在誤差可控范圍內(nèi)；（2）聲測管之間的距離關(guān)系，以及聲測管在樁基中距離外壁的實際距離，測量結(jié)果為聲測管之間的距離為2360 mm；（3）測量聲測管的管徑為57 mm，管壁厚度為3.5 mm，考慮到管壁厚度對測量結(jié)果影響不大，因此，該數(shù)據(jù)被預留到后期的誤差分析中使用。

在正式開始檢測后，先采用了平測的方式。在測量中，采用同步提升發(fā)射換能器和接收換能器的方式進行測量，為了降低誤差，在同步提升中使用了水平儀進行校準，在發(fā)射波的控制中，為了保證測量效果，整個過程都在根據(jù)需求實時調(diào)整頻率和振幅，頻率通過發(fā)射器數(shù)據(jù)進行控制，振幅則根據(jù)聲波監(jiān)測儀的監(jiān)測結(jié)果進行相對控制。在偵測到異常缺陷時，記錄高度數(shù)據(jù)，完成第一組測量后，對剩下的管道進行兩兩測量，將獲取的數(shù)據(jù)輸送到呈現(xiàn)儀中建立大體的數(shù)據(jù)模型，將定性分析轉(zhuǎn)化為定量分析[4]。

3.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析的主要內(nèi)容是：分析聲速數(shù)據(jù)、波幅數(shù)據(jù)和PSD（Power Spectral Density，信號的功率譜密度）判據(jù)對樁基質(zhì)量進行綜合評定。測量結(jié)果的數(shù)據(jù)表內(nèi)容過于龐大，表1中是部分檢測結(jié)果。

表1 部分檢測結(jié)果

在振幅方面，數(shù)據(jù)參考表2，此次測量中平測的衰減標準為衰減6 dB，在測試中發(fā)現(xiàn)僅有一處存在衰減略微超過6 dB平均值的情況，其位置被標記為疑似缺陷區(qū)，在后續(xù)的斜角測量和扇形測量中鎖定了大致區(qū)域并確定了其缺陷的種類完全在可控范圍內(nèi)。

表2 各測管之間的檢測數(shù)據(jù)表

結(jié)合表1發(fā)現(xiàn)斷面在0～18 m區(qū)間的聲速、波幅、PSD值均正常，可判定這2個測管樁體之間結(jié)構(gòu)基本完好。在18.8～20 m區(qū)間內(nèi)聲速有所下降，但數(shù)據(jù)處于極限限值內(nèi)，且樁基承壓強度通過了檢測，該部分數(shù)據(jù)波動并未對樁基承壓力產(chǎn)生本質(zhì)性影響，根據(jù)國家JGJ 106—2014《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》，此樁基符合國家I類樁基檢測標準，可正常投入使用。

4 結(jié)語

綜合此次項目實測分析發(fā)現(xiàn)，超聲波檢測技術(shù)在橋梁樁基檢測中的確具有操作簡便，測量效果直觀、準確等諸多優(yōu)勢，但單一的聲波透射法存在不能直接測量抗壓能力的缺陷，因此，考慮在后續(xù)測量中再度使用新的測量方式解決該問題，相關(guān)橋梁建設(shè)專家應(yīng)多關(guān)注超聲波測量技術(shù)并吸收其優(yōu)點，但不能過度依賴該檢測方式，在使用其測量結(jié)果時要能辯證地進行可靠性和準確性分析。