无损检测技术在公路桥梁桩基检测中的应用

2023-09-13朱秋燕

运输经理世界 2023年4期

朱秋燕

（宿迁融合交通科技发展有限公司，江苏宿迁 223800）

0 引言

随着社会经济的发展，我国公共交通运输行业迅猛发展，作为交通基础设施的公路桥梁工程也取得了非常好的发展成果。无损检测技术逐渐被应用于公路桥梁桩基检测中，在提高公路桥梁桩基检测水平、强化桩基检测力度等方面发挥重要作用，是新时期保证公路桥梁工程质量、满足公路桥梁工程发展需求的重要路径。加强对无损检测技术在公路桥梁桩基检测中应用的研究具有极高的现实意义。

1 无损检测技术应用的重要性

在公路桥梁桩基检测中，一般使用破坏性检测技术与无损检测技术。这两种检测技术在操作方法、操作效果及影响上有显著的差异。

应用破坏性检测技术会影响公路桥梁的结构及性能，且检测效率低下，检测结果滞后，还需消耗大量的时间与精力。

应用无损检测技术不会对公路桥梁结构产生破坏，不影响其后续使用性能。而且科学应用无损检测技术能够有效检查公路桥梁桩基结构内部存在的缺陷问题，直观地反映桩基内部缺陷所在的位置、大小等情况，检测结果更为直观，且操作更加便捷。无损检测技术凭借显著的技术优势在公路桥梁桩基检测中得到了广泛的应用。

通过多次检测，与结果对比分析，可以更好地落实公路桥梁桩基施工的质量控制工作，且检测结果也可作为后续工程验收的技术资料。由此可见，在公路桥梁桩基检测中，科学应用无损检测技术有助于提高公路桥梁桩基的检测质量、效率及灵活度，缩减检测人力等成本支出，对提升公路桥梁工程的经济效益与社会效益具有积极的促进作用[1]。

2 公路桥梁桩基的主要病害问题

2.1 桩基缩径问题

桩基缩径问题是公路桥梁施工中经常出现的问题，会直接影响桩基的承载力及结构安全，是影响公路桥梁工程质量及使用寿命的重要因素。公路桥梁桩基施工会受到工程地层特性的影响。如果机械设备使用不当、施工技术应用不规范，导致桩基成孔后灌注的混凝土前桩直径小于施工设计桩径、单桩截面积小于公路桥梁桩基施工的具体要求，从而无法满足公路桥梁实际的承载需求。

2.2 桩基离析问题

混凝土灌注是桩基施工的重要环节，需要严格按照施工技术规范配置混凝土材质并搅拌混凝土。如果混凝土搅拌不均匀，出现桩基离析，就会影响其灌注凝固后的强度性能，从而导致公路桥梁桩基结构强度不达标。

2.3 桩基接桩问题

公路桥梁桩基施工通常使用预制桩。在接桩处理中，如果没有清理干净接头位置，在焊接完成后，没有严格按照施工设计要求实施冷却处理，就可能导致接桩位置衔接不牢固，出现开裂或脱开，从而影响桩基整体的稳固性。

2.4 桩基夹层、断桩及沉渣

在桩基施工过程中，没有严格按照施工设计规范配置施工材料，导致泥浆占比较大，或没有及时彻底清除塌孔，就会因公路桥梁桩基沉渣过厚，影响桩基质量。受施工技术及经验影响，施工人员没有合理应用混凝土，导致混凝土灌注桩灌注的连续性较差，就可能诱发断桩或夹层等影响公路桥梁桩基结构安全的问题。

3 公路桥梁桩基检测中常用的无损检测技术

3.1 红外成像法

温度高于-273℃的物体会向外界发出一种介于微波与可见光之间的、波长在0.76～1000μm 的红外线电磁波。这种红外线可以通过专业仪器进行测量，并生成直观可见的热像图[2]。混凝土是公路桥梁桩基施工的主要材料，混凝土会向外界发出红外线，使用专业仪器测量桩基混凝土的热量，结合其是否存在热传导改变、温度表面分布异常等，判定桩基内部混凝土结构是否存在缺陷。同时，将检测到的热量数据导入成像仪，可以获取桩基混凝土的热像图，进而直观观察检测位置混凝土存在的缺陷问题。由此可见，红外成像法无须接触检测的桩基，检测操作便捷、高效。而且红外成像法有较高的温度敏感度与分辨率，测温范围广，可以用于-50～2000℃的温度测量，还能连续对公路桥梁桩基进行左右、上下扫描。此外，红外成像法还可用于大面积扫测，检测结果直观、精准。在检测混凝土结构是否存在渗漏、剥离等问题方面优势显著。

3.2 超声法

超声法常被应用于公路桥梁桩基质量检测中，在检测桩基是否存在混凝土离析、断裂、夹泥等质量缺陷方面具有显著优势，能够对检测物体质量进行客观评价，且检测过程不会对桩基产生不利影响。使用超声脉冲发射源，向检测的桩基混凝土结构发出高频弹性脉冲波，并通过检测接收系统记录高频弹性脉冲波的传播过程，分析其结构波动特点，从而对桩基质量做出判断。如果混凝土结构存在破损等缺陷问题，高频弹性脉冲波会因发生反射、透射而出现能量递减，并在检测接收系统上显示波阻抗界面。如果混凝土内部结构比较松散，存在蜂窝结构或孔洞，高频弹性脉冲波会发生绕射或散射，波触及界面的呈现特征及能量衰减频率会发生变化，具有一定的规律性。可以通过这些规律，了解检测区域桩基混凝土密度参数。不同高度、不同面的桩基所呈现的超声波动特征存在差异，通过系统性处理与分析，可以找出混凝土结构内部是否存在缺陷问题及缺陷大小、空间位置等相关信息，并以此为依据，判断公路桥梁桩基混凝土结构是否完整，质地是否均匀等。

3.3 超声回弹综合法

为了更好地控制施工成本，一般在规模化应用施工技术之前，会先小面积地开展施工技术方案试验，以验证施工技术的可行性，保障工程施工质量满足施工设计要求。超声回弹综合法是施工环节质量控制中经常使用的检测技术，可细分为超声回弹与回弹法。两者均属于常用的无损检测技术，合理混合使用，可以弥补单一检测的缺陷，最大化地减少桩基质量检测的误差，进而更好地保障公路桥梁桩基检测的科学性。与贯入阻力法等破坏性检测技术相比，超声回弹综合法的工作量更小，操作更加便捷，且无须破坏桩基结构。在公路桥梁桩基检测过程中，综合分析构件表面的塑性与弹性性能、密实度等状况，通过物理测量方式提高无损检测的精度。在检测环节，要结合公路桥梁施工方案，分设检测小组，确保各检测小组采取同样的施工流程及养护管理方案，然后对不同检测小组的混凝土材料配比进行调整，以提高混凝土材料配比方案检测的精度。值得注意的是，在公路桥梁桩基检测中应用超声回弹综合法，要严格遵照《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS 02：2005）要求，尽量多选择几处检测点，并采用相应的超声声速计算公式、综合测强曲线去科学判断公路桥梁桩基的试件质量[3]。

3.4 电磁感应法

在公路桥梁桩基检测中应用电磁感应法，需要配置专业的检测仪器。该仪器的主要结构为铁芯、线圈、衔铁等。电磁感应法以电磁自感式传感器原理为应用基础，依托传感器中的衔铁、铁芯进行磁传导，衔铁移动时，气隙厚度与磁路中的磁阻同步发生变化，导致感应线圈电感值出现波动。根据检测点电感值的变化情况，推断公路桥梁桩基质量。电磁感应法会受到钢筋排列方式、焊网形式等桩基内部结构的影响。如果混凝土结构钢筋中含有杂质或发生锈蚀，那么电磁感应法的检测结果就可能存在误差。此外，电磁感应法还会受到混凝土材料及钢筋保护层的影响，在较厚的钢筋保护层中发生磁损，混凝土电磁特性不稳，使得电磁波传播衰减，从而影响电磁感应的检测精度。因此，为最大限度地减少电磁感应法的应用误差，要尽量远离磁场。结合影响应用精度的因素，如钢筋排列方式、钢筋直径、钢筋保护层等，调整电磁感应法应用的电磁强度，加强对效果系数的关注与分析力度，以提升专业检测仪器的分析计算能力。

3.5 冲击回波法

混凝土结构是公路桥梁桩基的主要成分，会随着外界环境、荷载等变化出现内部裂纹。如果得不到有效养护，就会持续扩展，严重威胁桩基结构的稳定性。冲击回波法以应力波为原理，主要包含带表面波冲击回波、IES 扫描式冲击回波等。在实际应用中，需要结合公路桥梁桩基的实际情况进行选择，以获取精准的桩基结构厚度及缺陷问题。带表面波冲击回波主要用于公路桥梁桩基混凝土厚度检测中，无须取芯标定。IES 扫描式冲击回波技术是信息化技术发展的产物，依托ES 扫描式冲击回波系统可以高效完成公路桥梁桩基质量检测，及时掌握桩基施工情况，并将桩基结构缺陷等生成直观可见的三维成像图。

此外，针对检测厚度低于5cm 的板状桩基结构，采用超薄型冲击回波可以有效提升公路桥梁桩基质量检测精度。

3.6 回弹法

回弹法的应用离不开回弹仪，而回弹仪的精度会直接影响实际的检测结果。因此，应严格按照桩基检测规范使用相对应的回弹仪设备，并加大对回弹仪的检定力度，尤其是在钢钻率定值不达标的情况下。当然，为保障公路桥梁桩基检测结果的有效性，应充分掌握桩基施工所用的模板类型、结构尺寸、混凝土材料配比等，并结合实际情况实施部位检测或构件检测。无论采用哪种检测技术都要适当增加检测区点位，检测区面积应小于0.04m3，并将检测区点数控制在10 个以上，相邻检测区间距约为2cm，同时检测区与施工缝及构件端部的距离应控制在50cm 以内[4]。在获取不同检测区的读数后，要计算平均值，并将读数精准至小数点后一位。值得注意的是，应结合检测区的实际情况，合理选择计算公式，适当修正非水平状态混凝土侧面的回弹值，以获取检测区的测强曲线。

3.7 高应变检测法

高应变检测法在检测桩基的最高承载力方面很有优势，尤其对于摩擦型桩基，检测精度高，合理应用可以有效保障公路桥梁桩基的完整性。使用这种方法需要施加一个竖向荷载，然后通过相关检测传感器收集竖向荷载的传播速度，分析在荷载状态下声波能量传播的曲线变化，以掌握桩基的承载性能。为减少杂物对声波传导的影响，应事先做好公路桥梁桩基清理及顶部平整度检查工作。此外，还应在桩基两侧部位分别安装检测传感器，使传感器高度与桩基轴线高度保持一致。

3.8 低应变检测法

低应变检测法是从应力波理论与动测技术、桩基检测技术等发展而来的产物，是一种行之有效的公路桥梁桩基检测技术。在具体应用中，会采用锤击力棒在桩顶施加一定的冲击，桩身、桩底会发生明显振动；该振动由桩底向桩身传导过程中会产生应力波，在桩顶设置传感器即可收集应力波信号，生成动态波形；然后，通过收集的动态波形，判定桩基是否存在质量问题。针对需要较大锤击力度的桩基，除了要选择重型力棒，还应配置尼龙质锤击头，以形成足够的脉冲宽度。

4 优化无损检测技术在公路桥梁桩基检测中应用效果的策略

4.1 合理选择检测技术

随着科学技术的发展，无损检测技术种类越来越多，不同技术在应用范围、应用优势上存有差异。因此，应结合公路桥梁类型、桩基特点、地质条件等检测实际情况，合理选择相对应的检测技术，以提高无损检测的精度，确保无损检测技术的有效应用。比如，针对龄期在10d 以上、桩长较长的桩基，宜结合桩身混凝土的强度，选取低应变检测法。针对龄期在14d以上、桩径在0.6～10m 的桩基，宜采用超声法。针对高速铁路等较长桩基的工程，宜采用激振法，操作更为便捷，只需借助一些微小指数即可掌握柱底反射情况[5]。

4.2 优化检测技术故障处理

无损检测技术在应用过程中难免会发生一些突发情况，如检测信号接收不稳定，或信号突然中断等。对检测技术故障的处理效率直接影响公路桥梁桩基检测效率，因此要加强对检测技术故障处理的研究力度。一般情况下，信号不稳定多与声测管缺水、检测设备发生故障相关，专业检测人员应结合观察到的异常状况，有针对性地进行逐一排查。首先，应向声测管内注入一定的水，如果异常状况停止，即信号接收正常，说明是声测管操作环节存在失误；如果故障问题没有得到解决，但撤掉声测管后，波形变化仍然剧烈，则说明检测设备发生了故障，应做维修或更换处置。如果在检测过程中，检测的所有桩头采样点声速、幅度快速下降，应检查在剔除桩头时，是否造成了声测管与混凝土的局部破损，并在声测管外壁喷洒适量的清水。