无损检测技术在桥梁桩基检测中的运用分析

王凤武，刘学冬

（中咨公路养护检测技术有限公司，北京 100089）

1 引言

桥梁施工是我国交通路网建设的重要内容，其建设规模不断扩大。桥梁桩基检测施工是桥梁工程建设中不可或缺的重要内容，检测质量直接影响桥梁工程的建设质量。西方发达国家早已将无损检测技术应用于桥梁桩基检测施工中，并取得了不错成绩，极大地减少了桥梁施工质量问题。我国对其应用的时间相对较晚，与西方国家相比仍存在差距。但随着我国科学技术的进步，已将低应变检测技术在内的多种无损检测技术应用于桥梁桩基检测中，促进了无损检测施工的发展与完善。

2 低应变检测技术

技术人员在借助低应变检测技术时，需假设当前所检测的桩基长度大于桩基孔径，且桩基的横截面属于同一维梁体。在此假设下，技术人员借助振动仪对桩基顶部的位置进行激振，从而使桩基与周围土层产生振动，如图1 所示。

图1 低应变检测技术示意图

同时，技术人员基于低应变检测技术构建完善的低应变检测系统，检测体系原理示意如图2 所示。

图2 低应变检测系统原理示意图

检测系统主要涵盖传感器、信号采集器、USB 接口及触摸屏等构件，技术人员通过激振方式对桩基进行检测时，需将混凝土预制桩及灌注桩的激振点放置在桩基上方的中心位置。同时传感器与激振点之间的夹角不小于45°。需要注意的是，不同桩基的缺陷检测需使用不同的激振设备，例如，断桩或浅部分缺陷的桩基可使用轻锤短脉冲激振技术进行激振，而直径相对较长的桩基可使用重锤宽脉冲激振技术。倘若桥梁桩基自身存在缩径或断桩等现象，其低应变弹性波在桩基中传播时会发生反弹，传感装置将声波放大，并借助动态响应分析检测声波的速度，从而预测桩基质量及桩基长度。低应变检测法的实际检测速度相对较快，且检测范围较广，在当前桥梁桩基检测中的应用较为普遍。随着科学技术的发展，低应变检测技术随之完善，我国科研人员基于低应变检测技术，创新研发出动力参数法及水电效应法等诸多无损检测技术[1]。

在使用低应变检测技术时，桥梁桩基的下桩体及土体皆处于弹性变形阶段，因此，其混凝土桩基及桩基周围土体模型材料将全部使用线弹性材料。

桥梁桩基波速均值计算：

式中，Cj为桥梁桩基的均值波速，m/s；Ci为第i 根桩基的波速数值，m/s；l 为桩长，m；Δt 为反射波峰时差，min；ΔF 为反射波的域值差，min；N 为桩基数量，根，N＞5。

3 高应变检测技术

技术人员借助高应变检测法对桥梁桩基的最大荷载进行精准检测，从而对桥梁桩基的完整性进行有效检测。在检测过程中，技术人员需对桥梁桩基垂直方向的荷载进行检测，以此分析垂直向荷载的实际传播速度及时程曲线。应用高应变检测技术时，需对桩头进行锤击，在经受锤击后，桩基自身产生一定应力，并对地基产生的阻力进行抵抗，以保证桩基不出现位移状况。高应变检测技术借助重型冲击锤对桩基的垂直方向施加锤击应力，将脉冲冲击传导至桩基上，以此对桩基位移进行调整。土层在受到纵向荷载冲击时产生应力波，技术人员需保证信号的检测准确度，以满足动态桩基检测的基本条件[2]。

桥梁桩基锤击应力计算公式如下：

式中，Q压为桥梁桩基的最大锤击应力，N；F 为实际锤击应力，N；S 为桩基截面面积，m2。

在进行高应变检测前，技术人员需对桩头进行常规处理，技术人员需保证桩基顶部平整，激振锤的中心点需与桩基上方中心点对应。传感器要在桩基下方进行对称安装。同时桩基轴线需与传感器的中轴线对齐，桩基缺陷位置计算公式如下：

式中，L 为检测位置至缺陷位置的距离，m；t1为缺陷桩基反射的对应时刻，min；t2为首峰时刻，min。

缺陷桩基系数见表1。

表1 桥梁缺陷桩基系数表

4 声波透射检测技术

技术人员需在混凝土灌注桩进行浇灌前，在桩基内部预留孔道，并将超声探测管安装在桩基预留管道中，同时将耦合剂浇灌在管道中。将探测仪器和接收仪器在垂直方向进行上下移动，并对超声脉冲通过横截面产生的数据进行测量，借助声波传播特性对桩基的完整性进行检测。声波透射检测技术对桥梁桩基的孔径及实际长度无有过多要求，但需在桩基灌浆前对其超声管进行预埋，因此，需保证桩基管道的垂直性。声波透射检测技术可分为单孔透射及扩孔透射，需技术人员根据实际施工概况甄选声波透射检测技术。

声值修正公式如下：

式中，t′1为实际声波修正数值；D 为声测管外部直径，mm；d 为声测管的内部直径，mm；d1为换能器的外部直径，mm，v1为声速数值，m/s。

5 钻芯检测技术

钻芯检测技术是一种典型的非破坏检测方式，其借助金刚石钻头及钻石探头对桥梁桩基的内部缺陷进行检测。钻芯检测技术是检测桥梁桩基混凝土缺陷的直观技术，施工应用较为普遍。技术人员在使用钻芯检测技术时，需使用2 个钻杆及金刚石钻头，借助单驱动形式钻入混凝土，从而最大限度地保证检测样品的完整性。技术人员需对钻芯样品进行分析，并对其样品质量进行检测，钻芯检测技术的使用方式较简单，且检测质量相对突出，钻芯检测技术不受地理条件及施工位置约束，同样适用于直径相对较长的桥梁桩基检测中。但钻芯检测技术的实际检测时间相对较长，且检测成本相对较高，无法对微小缺陷进行检测，使用时需慎重选择。

6 红外成像检测技术

红外成像检测技术的运行原理为温度高于-273 ℃的物体均属于辐射源，其可以发射红外线。红外光线位于可见光及微波之间，属于电磁波范畴。桥梁桩基使用的主要建材为混凝土，混凝土可向外部发射红外光线，借助红外成像检测仪器对混凝土散发的红外光线进行检测，并对其热流趋势进行检测。若桥梁桩基中存在缺陷，混凝土的红外成像将发生变化，混凝土体表的温度分布出现失衡。因此，技术人员借助红外成像检测技术可直观地对桥梁桩基内部缺陷部位进行检测。技术人员可对桥梁桩基进行持续扫描，且该检测技术不受时间限制，但其测温范围有限，其温度为-50～2 000 ℃。红外成像检测技术较适用于大面积检测施工，可对内部混凝土的剥离及渗漏等问题进行检测[3]。

7 无损检测技术在桥梁桩基检测工作中的注意事项

首先，工作人员需要甄选正确的无损检测方法，当前无损检测技术的种类相对较多，但是不同的无损检测技术所应用的领域是不同的。因此，在桥梁桩基检测工作中，工作人员需要根据实际施工情况甄选无损检测技术，工作人员需要对多方面的因素进行研究，例如，桩基施工特点以及施工现场的地质类型等，从而更好地对无损检测技术进行甄选。倘若在施工条件允许的情况下，工作人员可以甄选两种或以上的无损检测技术对检测结果进行认证，保证桥梁桩基检测的精准性。

其次，工作人员需要做好检测准备工作，例如，低应变检测技术容易受到外部因素的影响，例如，钢筋长度以及桩头开裂程度等。因此，工作人员需要对其进行翔实地了解，在实际检测工作开始之前，对传感器以及激振点进行及时的调整，将低应变检测技术的影响因素进行清除，保证桥梁桩基检测效率及精准性。除此之外，工作人员需要提升数据分析能力，保证检测数据可以被翔实地分析，从而为后续的施工提供强大的数据支持，保证桥梁桩基建设的整体质量。

8 结语

综上所述，将无损检测技术应用于桥梁桩基检测工作，可提升桥梁桩基检测质量与效率，保证桥梁桩基安全性能，为后续桥梁运营奠定安全基础，还可提升建筑施工企业的核心竞争力，帮助企业树立良好的市场口碑，实现建筑施工企业社会效益与经济效益的有机统一。因此，桥梁桩基检测人员需在日常工作中充分应用无损检测技术，借助低应变检测技术、高应变检测技术等多元化无损检测技术切实提升桥梁桩基检测质量，进而促进我国桥梁桩基建设领域的长效发展。