王 龍

（華設(shè)檢測(cè)科技有限公司寧夏分公司，寧夏 銀川 750000）

傳統(tǒng)的基樁檢測(cè)方法往往需要對(duì)基樁進(jìn)行破壞性檢測(cè)或者局部開(kāi)挖，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且檢測(cè)周期較長(zhǎng)，對(duì)橋梁的每根基樁都進(jìn)行檢測(cè)將會(huì)直接影響項(xiàng)目施工進(jìn)度。超聲波技術(shù)利用超聲波在不同材料中傳播速度不同的特性，通過(guò)對(duì)聲波的繞射、反射和折射等現(xiàn)象進(jìn)行分析，可以得到基樁內(nèi)部混凝土澆筑的詳細(xì)信息，而無(wú)需對(duì)基樁進(jìn)行破壞性檢測(cè)。該技術(shù)具備非破壞性的特點(diǎn)，不會(huì)對(duì)基樁造成任何損傷，同時(shí)避免了額外的修復(fù)工作。同時(shí)，該技術(shù)具有高效性和準(zhǔn)確性，能夠快速獲取基樁缺陷分布范圍。

1 超聲波透射法基樁檢測(cè)原理

在混凝土內(nèi)部通過(guò)超聲波脈沖發(fā)射源激發(fā)高頻率彈性脈沖波，并利用高精度的信號(hào)采集系統(tǒng)對(duì)其在混凝土內(nèi)部傳播的波形進(jìn)行測(cè)量，如果混凝土中有異常界面，則會(huì)產(chǎn)生波阻抗界，超聲波在此界面上將發(fā)生衍射、反射、折射等現(xiàn)象，導(dǎo)致接收機(jī)接收到的信號(hào)強(qiáng)度顯著下降。以波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特征為基礎(chǔ)，可以獲得測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的密實(shí)度參數(shù)[1]。圖1 展示了超聲波檢測(cè)中幾種常見(jiàn)的波形。

圖1 檢測(cè)中幾種常見(jiàn)的波形

2 超聲波法檢測(cè)數(shù)據(jù)判據(jù)

2.1 聲速判據(jù)

聲速是聲波在介質(zhì)中傳播的速度，是超聲波基樁無(wú)損檢測(cè)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。在基樁中傳播的超聲波會(huì)受到材料和結(jié)構(gòu)的影響，不同的材料和結(jié)構(gòu)會(huì)有不同的聲速。因此，通過(guò)測(cè)量聲速的變化可以推斷出基樁內(nèi)部的質(zhì)量狀況和結(jié)構(gòu)特征?；诼曀倥袚?jù)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)時(shí)，首先需要發(fā)射探頭以一定頻率和脈寬發(fā)送超聲波信號(hào)，通過(guò)另外一個(gè)探頭接收透射的超聲波信號(hào)。接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波等處理后，可以得到聲波在基樁內(nèi)部傳播的時(shí)間信息[2]。根據(jù)聲速判據(jù)可以計(jì)算超聲波在基樁內(nèi)部的傳播速度。如果基樁質(zhì)量良好、結(jié)構(gòu)完整，聲速應(yīng)該與經(jīng)驗(yàn)參考值相符合；而如果基樁存在質(zhì)量問(wèn)題或結(jié)構(gòu)損壞，聲速將會(huì)變化。然而，聲速判據(jù)并不能直接判定基樁的具體缺陷類型，它只是提供了一種初步的評(píng)估手段。針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)和材料，還需要其他檢測(cè)方法綜合考慮，如鉆孔取芯法、低應(yīng)變發(fā)射波法、高應(yīng)變法、聲波層析成像（CT）技術(shù)等，以獲得更準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果。

2.2 波幅判據(jù)

波幅判據(jù)是根據(jù)超聲波信號(hào)的幅值變化來(lái)評(píng)估基樁的質(zhì)量和損傷程度的一種方法。波幅對(duì)混凝土內(nèi)部缺陷的反應(yīng)往往比聲時(shí)更具敏感性。它通過(guò)分析超聲波信號(hào)的能量傳播情況來(lái)確定基樁是否存在質(zhì)量問(wèn)題。當(dāng)超聲波傳播到基樁中時(shí)，它會(huì)受到基樁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響而發(fā)生反射、折射和散射等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致超聲波能量衰減[3]。這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致超聲波信號(hào)的幅值發(fā)生變化。通過(guò)對(duì)幅值進(jìn)行分析可以輔助判斷基樁內(nèi)部的結(jié)構(gòu)情況，例如混凝土是否均勻密實(shí)等。對(duì)于正常的基樁，超聲波信號(hào)的幅值應(yīng)該相對(duì)穩(wěn)定。而對(duì)于存在質(zhì)量問(wèn)題的基樁，波幅的變化趨勢(shì)可能會(huì)明顯異常，如出現(xiàn)突變或劇烈波動(dòng)。

2.3 PSD 判據(jù)法

PSD 是相鄰兩個(gè)檢測(cè)剖面上聲時(shí)-深度曲線的斜率與聲時(shí)差的乘積（us2/m）,若基樁內(nèi)部混凝土出現(xiàn)缺陷，必然會(huì)引起聲時(shí)的波動(dòng)，使得聲時(shí)-深度曲線斜值顯著增加，同時(shí)，相鄰兩個(gè)檢測(cè)斷面的聲時(shí)差值變化與缺陷的嚴(yán)重性緊密相關(guān)，二者之積，可以更好地反映出缺陷的部位及其上、下界面。利用PSD 進(jìn)行判定，也可以降低因聲測(cè)管埋設(shè)不平行而引起的聲時(shí)改變對(duì)缺陷判定的不利影響[4]。

在實(shí)際應(yīng)用中，PSD 判據(jù)通常與其他參數(shù)相結(jié)合，例如超聲波的傳播速度、波幅等，來(lái)綜合評(píng)估基樁的質(zhì)量。然而，需要注意的是，由于缺乏對(duì)PSD 變化和缺陷之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的定量分析，至今仍未能對(duì)PSD 進(jìn)行定量規(guī)定。

3 超聲波檢測(cè)法在基樁檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 超聲波平測(cè)法判斷病害缺陷的位置和范圍

圖3 斜測(cè)法檢測(cè)示意圖

平測(cè)法是目前采用最多的檢測(cè)方法，將發(fā)射、接收換能器分別放置于提前預(yù)埋在基樁混凝土內(nèi)部的聲測(cè)管內(nèi)，從樁底到樁頂由下往上緩慢提升，按照一定間距（公路橋梁一般不應(yīng)大于250mm）逐點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，提升過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻校核換能器的深度和高差，如圖2所示。對(duì)聲測(cè)線的聲波信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和記錄，讀取聲時(shí)、首波和波幅，并隨時(shí)關(guān)注測(cè)量波形的變化。多根聲測(cè)管按照兩根為一個(gè)檢測(cè)剖面，2 根聲測(cè)管組合為一個(gè)檢測(cè)剖面，預(yù)埋3 根聲測(cè)管有3 個(gè)檢測(cè)剖面，預(yù)埋4 根聲測(cè)管有6 個(gè)檢測(cè)剖面，預(yù)埋5 根聲測(cè)管有10 個(gè)檢測(cè)剖面[5]。

圖2 平測(cè)法檢測(cè)示意圖

按照基樁檢測(cè)規(guī)范對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，獲得兩聲測(cè)管間的聲時(shí)、波幅值。在平測(cè)時(shí)若出現(xiàn)可疑缺陷區(qū)，可以減小測(cè)點(diǎn)間距對(duì)可疑缺陷區(qū)進(jìn)行加密復(fù)測(cè)，更加準(zhǔn)確地判斷缺陷縱向起終點(diǎn)位置。

3.2 超聲波斜測(cè)法判斷病害缺陷位置和范圍

對(duì)樁身混凝土有可疑部位的，首先進(jìn)行加密平測(cè)（減小平測(cè)間距，公路橋梁基樁一般不大于100mm），以此確定混凝土缺陷區(qū)的縱向起終點(diǎn)范圍，然后再用斜側(cè)法對(duì)缺陷區(qū)進(jìn)行檢測(cè)。斜側(cè)法就是將收發(fā)換能器保持一定的高程差，以相同步長(zhǎng)同步升降，斜側(cè)法又可以分為單向斜測(cè)和雙向交叉斜測(cè)，如圖3、圖4 所示。

圖4 超聲波交叉斜側(cè)和扇形掃測(cè)示意圖

圖4-（b）為判斷聲測(cè)管附著泥團(tuán)情況。平測(cè)加密檢測(cè)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)某條聲測(cè)線的測(cè)量值有異常，再進(jìn)行雙向斜測(cè)發(fā)現(xiàn)只有收發(fā)換能器經(jīng)過(guò)的聲測(cè)管的測(cè)量值有異常，而兩條聲測(cè)管連線的中間部分的聲波時(shí)域和波幅值都是正常的，就可以判定該試驗(yàn)斷面的樁身中心部位的混凝土是正常澆筑，缺陷的區(qū)域應(yīng)該是樁身邊緣或者靠近聲測(cè)管的位置，也就是縮頸或聲測(cè)管附著泥團(tuán)。

斷樁的判斷（如圖4-（c）），在平測(cè)加密檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)某些聲測(cè)線測(cè)值異常，然后進(jìn)行雙向斜測(cè)，如果在斜測(cè)時(shí)，通過(guò)兩條測(cè)管連線中部的聲測(cè)線測(cè)量值都出現(xiàn)了異常，那么就可以確定，在這一區(qū)域中，聲測(cè)管間存在著相連的缺陷。若同一高度下，同一基樁上各檢測(cè)段的檢測(cè)情況一致，則可判定為全斷面存在缺陷，如夾泥、松散等，稱為斷樁。

在基樁橫截面上，通過(guò)對(duì)單個(gè)檢測(cè)剖面平測(cè)和斜測(cè)結(jié)果的分析，僅能得到這一類缺陷在檢測(cè)剖面上的投影范圍。而樁身缺陷在空間上的分布屬于不規(guī)則的幾何體，要想進(jìn)一步確定缺陷的范圍（樁身橫截面的分布范圍），就應(yīng)該對(duì)各個(gè)檢測(cè)剖面在同一高程或者臨近高程上平測(cè)和斜測(cè)的聲測(cè)線的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析，確定每個(gè)檢測(cè)剖面上的投影范圍，大致推斷樁身缺陷在樁身橫截面上的分布情況。

4 結(jié)語(yǔ)

超聲波透射法檢測(cè)技術(shù)是一種高效、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，用于評(píng)估道路基樁的質(zhì)量與穩(wěn)定性。其非侵入式的特點(diǎn)使得檢測(cè)過(guò)程更為安全方便，同時(shí)避免了對(duì)橋梁基樁的二次破壞。道路超聲波透射法基樁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)道路基樁存在的隱患和缺陷，如夾泥、混凝土離析、斷樁等問(wèn)題，從而及時(shí)采取處理措施，保障橋梁基樁的正常使用和橋梁后期的安全運(yùn)營(yíng)。此外，該技術(shù)還可以節(jié)省維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用。目前，超聲波基樁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用已具有較高的自動(dòng)化和智能化水平，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與分析，可以快速生成詳盡的檢測(cè)報(bào)告，為決策者提供科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)道路建設(shè)與維護(hù)工作的精細(xì)化管理。