基樁檢測(cè)中超聲波投射法與低應(yīng)變法的對(duì)比

摘 要：橋梁在我國(guó)的交通體系中發(fā)揮著越來(lái)越重要的地位，對(duì)于橋梁樁基的檢測(cè)目前最主要的兩種方法便是低應(yīng)變法和超聲波投射法。在我國(guó)橋梁基樁的檢測(cè)中，超聲波投射法與低應(yīng)變法均得到了發(fā)展和完善，在橋梁基樁的檢測(cè)中占據(jù)著重要的地位。文章就低應(yīng)變法和超聲波投射法檢測(cè)橋梁基樁的原理進(jìn)行科學(xué)的分析，對(duì)二者在應(yīng)用原理、橋梁基樁檢測(cè)中的優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行了對(duì)比探究，使得兩種方法在運(yùn)用的過(guò)程中更加的完善。

關(guān)鍵詞：樁檢測(cè)；超聲波投射法；低應(yīng)變法

引言

在橋梁的運(yùn)行中，基樁是其整個(gè)結(jié)構(gòu)中非常重要的組成部分，基樁的質(zhì)量是否過(guò)關(guān)直接關(guān)系到整個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)安全。目前，各工程單位即監(jiān)理、設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工等各方以及各有關(guān)部門對(duì)橋梁基樁的質(zhì)量問(wèn)題給與了高度的關(guān)注。同時(shí)，橋梁樁基的施工環(huán)境復(fù)雜，各工序也有其高度的隱蔽性，因此在施工過(guò)程極易出現(xiàn)影響基樁質(zhì)量的缺陷，因此總體來(lái)說(shuō)，相比于上部建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，樁基礎(chǔ)工程的質(zhì)量檢測(cè)、施工等將更為復(fù)雜，其對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生威脅的隱患也將更多。

質(zhì)量檢測(cè)的主要指標(biāo)便是樁身完整性檢測(cè)，目前主要采用低應(yīng)變反射波法和超聲波透射法來(lái)進(jìn)行基樁樁身的完整性檢測(cè)。

1 超聲波投射法與低應(yīng)變法的基本概念

1.1 超聲波投射法

在混凝土灌注樁中預(yù)埋聲測(cè)管，在聲測(cè)管之間對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行接收并發(fā)射，對(duì)樁身完整性的檢測(cè)就是通過(guò)實(shí)測(cè)的聲學(xué)參數(shù)即超聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的波幅衰減、頻率、PSD、聲時(shí)等。該方法適用于檢測(cè)直徑不小于800mm的混凝土灌注樁。

超聲波及工程檢測(cè)頻率范圍如表1所示。

表1 聲波及工程檢測(cè)頻率

1.2 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法的原理是在樁頂激振即采用低能量穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)的激振的方式，對(duì)樁頂速度時(shí)程曲線做出實(shí)測(cè)值，對(duì)該實(shí)測(cè)值使用一維波動(dòng)理論進(jìn)行頻域分析或時(shí)域分析，來(lái)進(jìn)行樁身完整性的判定。該方法主要是對(duì)樁身的缺陷位置以及影響程度進(jìn)行判定，進(jìn)而對(duì)樁端欠固狀況進(jìn)行判定，因此比較適用于剛性材料樁如預(yù)制樁或混凝土灌注樁等。該方法的關(guān)鍵問(wèn)題是樁底有明顯的反射信號(hào)。

2 超聲波投射法與低應(yīng)變法的基本理論

2.1 超聲波投射法的基本理論

超聲波投射法的基本原理是，在混凝土澆筑前預(yù)埋聲測(cè)管，在樁的兩側(cè)分別接收和發(fā)射超聲波信號(hào)，超聲波信號(hào)在電能被發(fā)射探頭轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的情況下穿透混凝土樁，被接收到的超聲波再將探頭轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。根據(jù)超聲波在混凝土中的傳播時(shí)間在測(cè)得混凝土厚度的情況下盡可以算出在整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)中超聲波的傳播速度，進(jìn)而通過(guò)算得的聲速來(lái)對(duì)混凝土的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判。顯然，在檢測(cè)的過(guò)程中，聲速越大的越充分說(shuō)明混凝土的質(zhì)量越好，越密實(shí)，相反，對(duì)于松散的混凝土，或者是有離析、裂縫、孔洞等缺陷的混凝土，其聲速也就會(huì)越低。因此，此方法可以科學(xué)的檢測(cè)混凝土樁身的完整性和質(zhì)量。不難看出，彈性波的波速與介質(zhì)特性之間的關(guān)系既是超聲波投射法對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的理論基礎(chǔ)。對(duì)介質(zhì)特性的變化可以從實(shí)測(cè)的波幅、聲速等參數(shù)中推斷出來(lái)。

聲波在混凝土介質(zhì)中的傳播有如下特點(diǎn)：（1）指向性差，其原因主要有：a.低頻聲波擴(kuò)散角大，波長(zhǎng)長(zhǎng)；b.混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有大量的異質(zhì)界面，會(huì)造成多個(gè)反射波和折射波，其各個(gè)波之間相互疊加和干涉，容易造成嚴(yán)重的漫射聲能。（2）快速衰減。骨料在混凝土中的分布比較散漫，散射功率與聲波頻率的平方成正比，采用低頻聲波來(lái)檢測(cè)可以增大聲波在混凝土中的傳播距離。（3）聲波的構(gòu)成比較復(fù)雜。在混凝土中的任何一點(diǎn)聲場(chǎng)所及的范圍內(nèi)，都存在著一次聲波及二次聲波。一次聲波與二次聲波便是換能器所接收的信號(hào)。（4）傳播路徑復(fù)雜。聲波的傳播路徑因?yàn)榻孛娴恼凵浜头瓷涠邸．?dāng)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在有較大的缺陷時(shí)，聲波就不沿直線傳播而是沿最短時(shí)間的路徑傳播。

2.2 低應(yīng)變法的基本理論

低應(yīng)變法的基本原理就是在樁頂進(jìn)行激振，同時(shí)在樁頂接收速度相應(yīng)信號(hào)，對(duì)樁頂?shù)募铀俣然蛘呤撬俣软憫?yīng)時(shí)程曲線測(cè)出其實(shí)測(cè)值，對(duì)樁身的完整性分析即利用假設(shè)條件下的一維波動(dòng)理論。在樁頂使用敲擊的方法給與適當(dāng)?shù)哪芰浚瞧涑休d能力應(yīng)該遠(yuǎn)大于其動(dòng)荷載，使阻止貫入度的產(chǎn)生，即在只有彈性變形的情況下使樁土之間不產(chǎn)生相對(duì)位移。低應(yīng)變法就是通過(guò)分析激勵(lì)波沿樁身反射和傳播的波形來(lái)檢測(cè)樁身的安全。但是由于其結(jié)果不準(zhǔn)確，誤差較大且理論依據(jù)不足，不可以用來(lái)確定極限承載力。低應(yīng)變法的儀器設(shè)備便于攜帶、檢測(cè)快、成本低、監(jiān)測(cè)面積大而且物理數(shù)學(xué)假設(shè)完善、理論模型成熟，因此應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速。

3 超聲波投射法與低應(yīng)變法的特征分析

在樁基的質(zhì)量完整性檢測(cè)中，超聲波投射法與低應(yīng)變法的主要特征以及對(duì)比如表2所示。

表2 超聲波投射法與低應(yīng)變法的主要特征分析

在大多數(shù)的情況下，超聲波法只有一小部分是檢測(cè)的盲區(qū)，一般會(huì)得出比較準(zhǔn)確可靠結(jié)果，出現(xiàn)漏判的情況是少之又少；低應(yīng)變法的測(cè)量結(jié)果是對(duì)樁身樁基的阻抗的變化情況，它是大體的反應(yīng)了對(duì)于樁身上有缺陷部位的定性，但對(duì)于是缺陷的位置或者是怎樣的缺陷均不能夠做出精確的判斷。

4 超聲波投射法與低應(yīng)變法的對(duì)比結(jié)果的分析

在適用范圍上，相比于超聲波法，低應(yīng)變法更有優(yōu)勢(shì)。但由于其在檢測(cè)的過(guò)程中存在一定的判斷誤差而且檢測(cè)的精確度較低，對(duì)所涉及到的儀器設(shè)備也比較復(fù)雜且繁多，所以在目前樁的檢測(cè)中相對(duì)于超聲波投射法其應(yīng)用范圍還相對(duì)較低。但在一些特鐵路的群樁中，施工進(jìn)程中并未埋設(shè)聲測(cè)管，所以低應(yīng)變法便成為其常用的檢測(cè)樁質(zhì)量的方法。

此外，對(duì)于超聲波法來(lái)說(shuō)，它是科學(xué)化與信息化相結(jié)合的產(chǎn)物，不僅能夠有效地提高我國(guó)各應(yīng)用結(jié)構(gòu)中樁的質(zhì)量檢測(cè)的效率的目的，同時(shí)也能夠很好的體現(xiàn)出我國(guó)當(dāng)前的科技水平。同時(shí)，該方法還具有新的檢測(cè)方法，其具有強(qiáng)大的抗干擾能力，無(wú)疑該方法便可成為我國(guó)樁基檢測(cè)中的有利方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，不論是超聲波投射法還是低應(yīng)變法都有其在工程運(yùn)用中的優(yōu)越性，并且對(duì)于我國(guó)的建筑行業(yè)的發(fā)展和施工進(jìn)展都是不可或缺的。因此，對(duì)于我國(guó)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其應(yīng)該對(duì)超聲波投射法與低應(yīng)變法的技術(shù)優(yōu)越性、技術(shù)原理、應(yīng)用實(shí)例、應(yīng)用特點(diǎn)等有清晰、全面的了解，以便能夠高效的運(yùn)用到樁基的質(zhì)量安全檢測(cè)中。不僅使超聲波投射法與低應(yīng)變法這兩種檢測(cè)方法得到發(fā)展，同時(shí)樁基的相關(guān)技術(shù)都能得到積極、健康、穩(wěn)步的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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