超聲波技術(shù)在橋梁基樁檢測(cè)探討

1、    超聲波技術(shù)在橋梁基樁檢測(cè)探討    陳小海摘要:在橋梁結(jié)構(gòu)的樁基完整性檢測(cè)，超聲波檢測(cè)是物體無(wú)損檢測(cè)的一種重要方法，其技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)。本文通過(guò)超聲波測(cè)試的原理及數(shù)據(jù)分析，對(duì)橋梁樁基完整性檢測(cè)進(jìn)行了闡述。并提出相關(guān)建議，以供參考。關(guān)鍵詞: 橋梁基樁;檢測(cè)技術(shù);數(shù)據(jù)分析基樁完整性檢測(cè)新技術(shù)更是層出不窮,國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)商及相應(yīng)科技領(lǐng)域不斷研發(fā)出新的各種型號(hào)檢測(cè)儀器、因此掌握新檢測(cè)技術(shù)手段,使基樁完整性檢測(cè)更加科學(xué)、更加公正、更加準(zhǔn)確。 超聲波檢測(cè)是超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一種，適用于工程施中過(guò)程質(zhì)量的監(jiān)測(cè)及工程竣工驗(yàn)收和結(jié)構(gòu)物使用期間質(zhì)量的

2、鑒定。常用穿透法，即一例發(fā)射超聲脈沖波另一側(cè)接收通過(guò)被測(cè)物后的超聲波。準(zhǔn)確測(cè)定聲速、首波幅度和波形，通過(guò)綜合分析其大小及變化，可以推斷混凝土的性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成情況，為解決工程問(wèn)題提供可靠的依據(jù)。1 超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用超聲無(wú)損檢測(cè)與其它常規(guī)技術(shù)相比，它具有被測(cè)對(duì)象范圍廣、檢測(cè)深度大、缺陷定位準(zhǔn)確、檢測(cè)靈敏度高、成本低、使用方便、速度快、對(duì)人體無(wú)害及便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。幾十年來(lái)，超聲無(wú)損檢測(cè)已得到了巨大發(fā)展和廣泛應(yīng)用，幾乎應(yīng)用到所有工業(yè)部門。如作為基礎(chǔ)工業(yè) 的鋼鐵工業(yè)、機(jī)器制造工業(yè) 、鍋爐壓力容器有關(guān)工業(yè)部門 、石油化工工業(yè) 、鐵路運(yùn)輸工業(yè)、造船工業(yè) 、航空航天工業(yè)、高速發(fā)展 中的新技術(shù)

3、產(chǎn)業(yè)如集成電路工業(yè) 、核 電工業(yè)等重要工業(yè)部門。目前大量應(yīng)用于金屬材料和構(gòu)件，包括質(zhì)量在線監(jiān)控和產(chǎn)品在役檢查。水平普遍提高，應(yīng)用頻度和領(lǐng)域也日益增多。目前我國(guó)對(duì)各種大型結(jié)構(gòu)壓力容器和復(fù)雜設(shè)備都已具備檢測(cè)能力。在裂縫自身高度的測(cè)量和高溫條件下的非接觸超聲檢測(cè)等方面都有很大進(jìn)展 。2 超聲波法的測(cè)試原理及數(shù)據(jù)分析2.1 超聲波法的測(cè)試原理超聲波測(cè)試的理論基礎(chǔ)建立在固體介質(zhì)中彈性波的傳播理論上，由人工激振向介質(zhì)(巖石、巖體、混凝土構(gòu)筑物)發(fā)射超聲波。超聲波在混凝土中傳播(即透射)時(shí)會(huì)有較強(qiáng)的反射、散射、吸收和波形畸變等一系列聲學(xué)現(xiàn)象。對(duì)不同的物質(zhì)性態(tài)，其聲學(xué)現(xiàn)象具有不同的特點(diǎn)。超聲波法檢測(cè)是在成孔之

4、后、灌注樁身混凝土之前，在孔內(nèi)安裝兩根或兩根以上的、豎直放置且相互平行的聲測(cè)管，兩兩聲測(cè)管即構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)剖面，混凝土硬化后，聲測(cè)管成為樁體的一部分。檢測(cè)時(shí)，在聲測(cè)管中注滿清水作為耦合劑，將超聲脈沖發(fā)射換能器(又稱發(fā)射探頭)和超聲脈沖接收換能器(又稱接收探頭)分別置于兩根聲測(cè)管中，由超聲檢測(cè)儀發(fā)出一系列周期性電脈沖加于發(fā)射換能器，轉(zhuǎn)換成超聲脈沖，該脈沖穿過(guò)待測(cè)的樁體混凝土并為接收換能器所接收，在轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后由超聲檢測(cè)儀所接收，再由儀器中的測(cè)量系統(tǒng)算出超聲脈沖穿過(guò)混凝土所用的時(shí)間(椐此及聲測(cè)管間的距離推算混凝土的聲速)、接收脈沖波幅值(或衰減值)、接收脈沖頻譜、接收脈沖波形態(tài)等參數(shù)。將反復(fù)測(cè)量的

5、樁體各測(cè)面上不同深度的這些數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī)，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行綜合判斷和分析，即可對(duì)樁體各部位混凝土缺陷的性質(zhì)、大小、位置作出判斷，繪制聲速、衰減隨深度變化曲線，給出樁體混凝土完整性的評(píng)價(jià)。2.2 數(shù)據(jù)分析(依據(jù)jtg/tf81012004)(1)聲速判據(jù):實(shí)測(cè)混凝土聲速值是否低于臨界值并將其作為可疑缺陷區(qū)的判定，聲速臨界值按下列公式計(jì)算:式中d 為聲速臨界值；為聲速平均值；v為聲速標(biāo)準(zhǔn)差。(2)波幅判據(jù):實(shí)測(cè)波幅低于波幅臨界值時(shí)，作為可疑缺陷區(qū)判定，波幅臨界值按下列公式計(jì)算:ad=am6式中ad為波幅臨界值(db)；am為波幅平均值(db)。(3)psd判據(jù):采用斜率法作為輔助異常判據(jù)，當(dāng)ps

6、d值在某測(cè)點(diǎn)附近變化明顯時(shí)，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)，psd值按下列公式計(jì)算:式中ti為第i測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值(s)；ti1為第i1測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值(s)；zi為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)深度(m)；zi1為第i1個(gè)測(cè)點(diǎn)深度(m)。2.3 基樁完整性判定(1)類樁:各聲測(cè)剖面每個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅均大于臨界值，波形正常。(2)類樁:某一聲測(cè)剖面?zhèn)€別測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅略小于臨界值，但波形基本正常。(3)類樁:某一聲測(cè)剖面連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)或某一深度樁截面處的聲速、波幅值小于臨界值，psd值變大，波形畸變。(4)類樁:某一聲測(cè)剖面連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)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(yán)重畸變。3 超聲波測(cè)試在工程應(yīng)用

7、中的優(yōu)點(diǎn)及局限性分析3.1 超聲波測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)(1)缺陷定位精確。對(duì)于多缺陷樁，其他的檢測(cè)手段，比如低應(yīng)變反射波法實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)力波在樁中產(chǎn)生多次反射和透射，對(duì)實(shí)測(cè)波形的判斷非常復(fù)雜且不準(zhǔn)確，第二、第三缺陷的判斷會(huì)有較大誤差；而超聲波法通過(guò)測(cè)繩上的刻度，無(wú)論樁身存在一處或多處缺陷，超聲波法檢測(cè)均能準(zhǔn)確的了解缺陷部位；(2)準(zhǔn)確判斷樁身各種缺陷類型和范圍，比如局部夾泥、包管或斷樁等情況。其他的檢測(cè)方法很難確定具體的缺陷范圍，超聲波法能通過(guò)平測(cè)、斜測(cè)、扇形掃側(cè)等方法對(duì)樁身缺陷進(jìn)行檢測(cè)分析，準(zhǔn)確識(shí)別樁身各處存在缺陷的大小及范圍；(3)能對(duì)大直徑基樁進(jìn)行詳細(xì)且全面地檢測(cè)。在大直徑基樁的檢測(cè)中，在樁身增設(shè)聲測(cè)管

8、數(shù)量，對(duì)基樁進(jìn)行多剖面詳細(xì)測(cè)試，檢測(cè)剖面幾可覆蓋基樁全截面，準(zhǔn)確評(píng)判基樁的完整性。3.2 超聲波測(cè)試的局限性(1)超聲波透射法僅適用于直徑在800mm以上的基樁。因?yàn)楫?dāng)樁徑較小時(shí)，聲測(cè)管間距也較小，其測(cè)試誤差相對(duì)較大；同時(shí)，預(yù)埋聲測(cè)管也可能引起附加的灌注樁施工質(zhì)量問(wèn)題，因此，測(cè)試前測(cè)量管間距一定要精確；(2)超聲波法不能對(duì)樁底沉渣的厚度范圍做出定量分析。我們?cè)跍y(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，許多施工單位在埋設(shè)聲測(cè)管時(shí)，聲測(cè)管并沒(méi)有接觸到樁底部，一般距離樁底大約510cm，且測(cè)試時(shí)無(wú)法采用斜測(cè)、扇形掃側(cè)等檢測(cè)方法對(duì)缺陷進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，因此不能準(zhǔn)確判斷沉渣范圍。這時(shí)，就需要采用低應(yīng)變反射波法或鉆芯法進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，

9、進(jìn)而確定樁身完整性類別；(3)不能測(cè)試樁身混凝土強(qiáng)度。4 對(duì)實(shí)施超聲波法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)的幾點(diǎn)建議在超聲波法基樁檢測(cè)過(guò)程中，為準(zhǔn)確獲取超聲波在基樁混凝土中傳播的各個(gè)聲學(xué)參量，并以其判定基樁的樁身質(zhì)量，除檢測(cè)人員必須具備相應(yīng)的理論和一定的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)外，筆者提出了以下幾點(diǎn)建議:(1)檢測(cè)宜由檢測(cè)管底部開(kāi)始，發(fā)射電壓值應(yīng)固定并應(yīng)始終保持不變，放大器增益值也應(yīng)始終固定不變。調(diào)節(jié)衰減器的衰減量，使接收信號(hào)初至波幅度在屏幕2/3左右為宜；(2)應(yīng)勻速提升換能器，在提升過(guò)程中要注意監(jiān)測(cè)波形的變化；(3)由于徑向換能器存在指向性，斜測(cè)時(shí)以波形能穩(wěn)定接收為度，其水平測(cè)角一般取30°40°；(4)要注意分析各聲學(xué)參量發(fā)生變化的原因，避免誤判。5 結(jié)語(yǔ)準(zhǔn)確定位缺陷并確定缺陷的大小范圍超聲波法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而且操作簡(jiǎn)便，試驗(yàn)周期短，工程應(yīng)用性價(jià)比高，在公路工程基樁檢測(cè)中應(yīng)用的越來(lái)越多，測(cè)試精度也得到公眾認(rèn)可。當(dāng)然，超聲波檢測(cè)法也不是萬(wàn)能的，我們應(yīng)當(dāng)抱著科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，依據(jù)不同的地質(zhì)和施工條件，對(duì)基樁完整性進(jìn)行正確的判斷，避免錯(cuò)判、