桥梁桩基检测超声波法的运用

摘要:桥梁桩基施工具有隐蔽性特征，桩基质量问题很难及时发现并有效处理，而桩基质量直接关系到桩基工程的成败，必须加强桥梁混凝土灌注桩质量检测。文章以某桥梁工程为例，对超声波无损检测技术原理、技术应用及检测数据分析与缺陷评定进行深入探讨。

关键词:超声波检测;桥梁工程;桩基检测

1工程概况

某桥梁54－4桩基采用钻孔灌注桩，设计桩径2.0m，桩长75m，声测管预埋3根，通过超声波平测法进行桩基灌注桩质量无损检测，测点布设间距0.80m。本桥梁工程工期紧，在桩身混凝土灌注后第5d即进行超声检测，检测结果表明，信号接收十分微弱，波形严重衰减，检测结果受混凝土龄期影响较大。出于本工程工期紧以及超声波检测质量要求的考虑，在桩身混凝土灌注10d后再次超声检测，信号接收强度及波形良好，桩基混凝土灌注质量优良。

2技术原理及检测仪器设备

2.1技术原理。超声波法在进行桥梁桩基检测的过程中，其超声脉冲发射源向桩基混凝土结构发出高频弹性脉冲波，再通过高精度接收系统进行桩基混凝土结构内脉冲波传播过程及波动特性的接收与记录。由于桩基混凝土为多相非均质结构，其结构中声波的传播速度具有一定的规律性特征，若声波传播路径中存在裂缝、密实度差异、孔洞、夹泥等缺陷，声波必须绕过缺陷或通过传播速度不同的介质，其必将发生衰减，导致传播时间改变，声速降低，波幅缩减，波形畸变。混凝土结构内所存在的破损或不连续必将形成波阻抗界面，当脉冲波传递至该界面，将引发波透射和反射，影响并降低所接收到的透射波能量;混凝土结构内的孔洞、松散及蜂窝等缺陷将引发脉冲波的散射与绕射。总之，根据脉冲波初始到达时间及波能量衰减特性、变动规律等特征，便能得到混凝土结构密实度参数，判断出桩基结构内混凝土缺陷的性质、类型及位置。2.2检测仪器设备。(1)超声波仪及径向振动换能器本桥梁桩基超声波检测采用ZBL－U520便携式超声仪，该超声脉冲仪对于混凝土缺陷检测、基桩完整性检测、结合面质量检测、材料物理力学性能检测等具有普遍适用性。本工程采用以纵波发射和接收为目的的振动换能器。(2)声测管本工程在设计过程中必须将声测管预埋方式及布设形式在图纸中明确标示，并根据桩横截面布局及检测控制面积严格控制声测管埋置数量，保证检测结果。

3桥梁桩基质量检测

3.1检测准备。本桥梁工程桩基检测前加强调查与技术资料的收集，深入了解桩基混凝土灌注所采用施工工艺及施工中存在的异常问题，以便于对桥梁桩基混凝土结构缺陷做出初步判断。将桩基混凝土超声波检测时间控制在混凝土灌注桩强度龄期14d后。声测管的疏通采用直径大出换能器的圆钢，并进行声测管内外径及相邻声测管外壁间距的测量，量测精度控制在±1mm。3.2检测过程。桥梁桩基混凝土灌注桩超声检测时，必须保证换能器发射和接收过程以相同标高升降的同步性，并随时调整和校准发收换能器的深度位置，为防止高程误差过大而导致测试误差的增大，应将相对高程误差累计值控制在20mm范围内。混凝土灌注桩质量超声波透射法检测的过程中，应加强声时与波幅的控制，对于混凝土结构内部缺陷波幅比声时更具敏感性，波幅是相对量，声时则根据波形起跳点具体情况确定。桥梁桩基灌注桩沿桩长方向质量分布的粗略情况通过常规超声检测就能获取，考虑到局部可疑区域或重要部位则应通过CT层析成像技术并配备专门分析软件进行加密细侧、定量分析。对于同一灌注桩内布设三根及以上声测管的情况，应以每两个声测管为一个测试剖面，并保持测试过程内检测系统状态及参数的一致性。3.3检测数据的分析与缺陷评定。当前主要根据声速、波幅及PSD判据等进行桥梁桩基质量及混凝土缺陷判别与评定。3.3.1声速判据。混凝土强度决定着材料的基本物理量———声速，对于检测剖面声速值较低且离散性较小的情况，应通过同条件混凝土试块预留抗压强度和声速对比试验的结果结合工程所在区域实际经验进行声速低限值的判定。与声速低限值所对应的混凝土强度应至少为0.9R(R为设计强度)，对于钻孔芯样试件，其声速低限值所对应的混凝土强度应至少为0.85R。按照声速离散系数Cv将桥梁桩基均质性分为四个等级，具体见表1。本桥梁工程桩基混凝土灌注桩声速离散系数Cv检测值为3.8，桥梁桩基均质性等级为A级，不存在质量缺陷。3.3.2波幅及其随桩深变化曲线判据。波幅临界值按其平均值减6dB确定，若波幅实测值比临界值低，则应将其确定为疑似缺陷区域。由波幅属于相对量，桥梁桩基混凝土结构存在较大变异性特征，其波幅统计规律较难确定。3.3.3PSD值判据。本工程采用斜率法进行异常辅助判断，即当某测点附近PSD值显著变化，则应作为疑似缺陷区域。依据桩身混凝土均质性、缺陷是否存在及缺陷程度等，将桩身混凝土结构完整性分为四类，具体见表2。本工程桥梁桩基混凝土不同声测剖面测点处PSD值稳定，声测剖面各测点处的声速与波幅均大于临界值，波形基本正常，属于Ⅰ类桩。

4结论

超声波无损检测技术操作方便，结果精确度高，考虑到桥梁混凝土灌注桩情况的复杂性，针对桥梁桩身断桩及混凝土离析等展开超声无损检测时，应运用不同判据进行各测点质量的检测与判断，当不同判据检测结果都满足要求时，则可判定该测点桩身质量完好，若任一判据检测结果不符要求，则表明测点处存在质量缺陷。在诸多判据中，声幅对于混凝土结构质量缺陷十分敏感，该标准也过于严苛，如果声时、声速等判断结果均达标，而声幅判据曲线不满足要求，则不应立即认定为测点处存在质量缺陷，还应进一步结合其他判据进行综合分析，保证结果的准确。

参考文献

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作者:韩启星 单位:新疆维吾尔自治区交通运输工程质量监督局