無損檢測技術在橋梁樁基檢測中的運用分析

王鳳武，劉學冬

（中咨公路養護檢測技術有限公司，北京 100089）

1 引言

橋梁施工是我國交通路網建設的重要內容，其建設規模不斷擴大。橋梁樁基檢測施工是橋梁工程建設中不可或缺的重要內容，檢測質量直接影響橋梁工程的建設質量。西方發達國家早已將無損檢測技術應用于橋梁樁基檢測施工中，并取得了不錯成績，極大地減少了橋梁施工質量問題。我國對其應用的時間相對較晚，與西方國家相比仍存在差距。但隨著我國科學技術的進步，已將低應變檢測技術在內的多種無損檢測技術應用于橋梁樁基檢測中，促進了無損檢測施工的發展與完善。

2 低應變檢測技術

技術人員在借助低應變檢測技術時，需假設當前所檢測的樁基長度大于樁基孔徑，且樁基的橫截面屬于同一維梁體。在此假設下，技術人員借助振動儀對樁基頂部的位置進行激振，從而使樁基與周圍土層產生振動，如圖1 所示。

圖1 低應變檢測技術示意圖

同時，技術人員基于低應變檢測技術構建完善的低應變檢測系統，檢測體系原理示意如圖2 所示。

圖2 低應變檢測系統原理示意圖

檢測系統主要涵蓋傳感器、信號采集器、USB 接口及觸摸屏等構件，技術人員通過激振方式對樁基進行檢測時，需將混凝土預制樁及灌注樁的激振點放置在樁基上方的中心位置。同時傳感器與激振點之間的夾角不小于45°。需要注意的是，不同樁基的缺陷檢測需使用不同的激振設備，例如，斷樁或淺部分缺陷的樁基可使用輕錘短脈沖激振技術進行激振，而直徑相對較長的樁基可使用重錘寬脈沖激振技術。倘若橋梁樁基自身存在縮徑或斷樁等現象，其低應變彈性波在樁基中傳播時會發生反彈，傳感裝置將聲波放大，并借助動態響應分析檢測聲波的速度，從而預測樁基質量及樁基長度。低應變檢測法的實際檢測速度相對較快，且檢測范圍較廣，在當前橋梁樁基檢測中的應用較為普遍。隨著科學技術的發展，低應變檢測技術隨之完善，我國科研人員基于低應變檢測技術，創新研發出動力參數法及水電效應法等諸多無損檢測技術[1]。

在使用低應變檢測技術時，橋梁樁基的下樁體及土體皆處于彈性變形階段，因此，其混凝土樁基及樁基周圍土體模型材料將全部使用線彈性材料。

橋梁樁基波速均值計算：

式中，Cj為橋梁樁基的均值波速，m/s；Ci為第i 根樁基的波速數值，m/s；l 為樁長，m；Δt 為反射波峰時差，min；ΔF 為反射波的域值差，min；N 為樁基數量，根，N＞5。

3 高應變檢測技術

技術人員借助高應變檢測法對橋梁樁基的最大荷載進行精準檢測，從而對橋梁樁基的完整性進行有效檢測。在檢測過程中，技術人員需對橋梁樁基垂直方向的荷載進行檢測，以此分析垂直向荷載的實際傳播速度及時程曲線。應用高應變檢測技術時，需對樁頭進行錘擊，在經受錘擊后，樁基自身產生一定應力，并對地基產生的阻力進行抵抗，以保證樁基不出現位移狀況。高應變檢測技術借助重型沖擊錘對樁基的垂直方向施加錘擊應力，將脈沖沖擊傳導至樁基上，以此對樁基位移進行調整。土層在受到縱向荷載沖擊時產生應力波，技術人員需保證信號的檢測準確度，以滿足動態樁基檢測的基本條件[2]。

橋梁樁基錘擊應力計算公式如下：

式中，Q壓為橋梁樁基的最大錘擊應力，N；F 為實際錘擊應力，N；S 為樁基截面面積，m2。

在進行高應變檢測前，技術人員需對樁頭進行常規處理，技術人員需保證樁基頂部平整，激振錘的中心點需與樁基上方中心點對應。傳感器要在樁基下方進行對稱安裝。同時樁基軸線需與傳感器的中軸線對齊，樁基缺陷位置計算公式如下：

式中，L 為檢測位置至缺陷位置的距離，m；t1為缺陷樁基反射的對應時刻，min；t2為首峰時刻，min。

缺陷樁基系數見表1。

表1 橋梁缺陷樁基系數表

4 聲波透射檢測技術

技術人員需在混凝土灌注樁進行澆灌前，在樁基內部預留孔道，并將超聲探測管安裝在樁基預留管道中，同時將耦合劑澆灌在管道中。將探測儀器和接收儀器在垂直方向進行上下移動，并對超聲脈沖通過橫截面產生的數據進行測量，借助聲波傳播特性對樁基的完整性進行檢測。聲波透射檢測技術對橋梁樁基的孔徑及實際長度無有過多要求，但需在樁基灌漿前對其超聲管進行預埋，因此，需保證樁基管道的垂直性。聲波透射檢測技術可分為單孔透射及擴孔透射，需技術人員根據實際施工概況甄選聲波透射檢測技術。

聲值修正公式如下：

式中，t′1為實際聲波修正數值；D 為聲測管外部直徑，mm；d 為聲測管的內部直徑，mm；d1為換能器的外部直徑，mm，v1為聲速數值，m/s。

5 鉆芯檢測技術

鉆芯檢測技術是一種典型的非破壞檢測方式，其借助金剛石鉆頭及鉆石探頭對橋梁樁基的內部缺陷進行檢測。鉆芯檢測技術是檢測橋梁樁基混凝土缺陷的直觀技術，施工應用較為普遍。技術人員在使用鉆芯檢測技術時，需使用2 個鉆桿及金剛石鉆頭，借助單驅動形式鉆入混凝土，從而最大限度地保證檢測樣品的完整性。技術人員需對鉆芯樣品進行分析，并對其樣品質量進行檢測，鉆芯檢測技術的使用方式較簡單，且檢測質量相對突出，鉆芯檢測技術不受地理條件及施工位置約束，同樣適用于直徑相對較長的橋梁樁基檢測中。但鉆芯檢測技術的實際檢測時間相對較長，且檢測成本相對較高，無法對微小缺陷進行檢測，使用時需慎重選擇。

6 紅外成像檢測技術

紅外成像檢測技術的運行原理為溫度高于-273 ℃的物體均屬于輻射源，其可以發射紅外線。紅外光線位于可見光及微波之間，屬于電磁波范疇。橋梁樁基使用的主要建材為混凝土，混凝土可向外部發射紅外光線，借助紅外成像檢測儀器對混凝土散發的紅外光線進行檢測，并對其熱流趨勢進行檢測。若橋梁樁基中存在缺陷，混凝土的紅外成像將發生變化，混凝土體表的溫度分布出現失衡。因此，技術人員借助紅外成像檢測技術可直觀地對橋梁樁基內部缺陷部位進行檢測。技術人員可對橋梁樁基進行持續掃描，且該檢測技術不受時間限制，但其測溫范圍有限，其溫度為-50～2 000 ℃。紅外成像檢測技術較適用于大面積檢測施工，可對內部混凝土的剝離及滲漏等問題進行檢測[3]。

7 無損檢測技術在橋梁樁基檢測工作中的注意事項

首先，工作人員需要甄選正確的無損檢測方法，當前無損檢測技術的種類相對較多，但是不同的無損檢測技術所應用的領域是不同的。因此，在橋梁樁基檢測工作中，工作人員需要根據實際施工情況甄選無損檢測技術，工作人員需要對多方面的因素進行研究，例如，樁基施工特點以及施工現場的地質類型等，從而更好地對無損檢測技術進行甄選。倘若在施工條件允許的情況下，工作人員可以甄選兩種或以上的無損檢測技術對檢測結果進行認證，保證橋梁樁基檢測的精準性。

其次，工作人員需要做好檢測準備工作，例如，低應變檢測技術容易受到外部因素的影響，例如，鋼筋長度以及樁頭開裂程度等。因此，工作人員需要對其進行翔實地了解，在實際檢測工作開始之前，對傳感器以及激振點進行及時的調整，將低應變檢測技術的影響因素進行清除，保證橋梁樁基檢測效率及精準性。除此之外，工作人員需要提升數據分析能力，保證檢測數據可以被翔實地分析，從而為后續的施工提供強大的數據支持，保證橋梁樁基建設的整體質量。

8 結語

綜上所述，將無損檢測技術應用于橋梁樁基檢測工作，可提升橋梁樁基檢測質量與效率，保證橋梁樁基安全性能，為后續橋梁運營奠定安全基礎，還可提升建筑施工企業的核心競爭力，幫助企業樹立良好的市場口碑，實現建筑施工企業社會效益與經濟效益的有機統一。因此，橋梁樁基檢測人員需在日常工作中充分應用無損檢測技術，借助低應變檢測技術、高應變檢測技術等多元化無損檢測技術切實提升橋梁樁基檢測質量，進而促進我國橋梁樁基建設領域的長效發展。