无损检测技术在桥梁桩基检测中的应用研究

王一飞

(山西路桥集团试验检测中心有限公司，山西 太原 030000)

1 无损检测技术概述

无损检测(NDT)主要是指在对被检测物体不造成损伤的条件下使用诸多物理手段，针对构件或材料的微观、宏观缺陷进行规范化、系统性、科学化的测量与检测，评定检测物体化学成分、力学性能及组织结构，对构件、材料的适应性得出综合性的评价。在无损检测中材料性能(应力、力学性能等)及缺陷检测属于重点。在工程建设中无损检测技术应用范围逐渐拓展，在不破坏检测物体的前提下实现全方位检测目标，对被测物体的质量做出评定，可判断缺陷发展规律及成因，为施工单位调整施工作业方案提供依据，还可降低施工安全事故发生的几率。无损检测技术应用价值可从以下方面加以分析：①对构件表面缺陷做出判断，指明其所在位置、状态及种类；②对材料组织结构、物理及化学性质进行检测，为施工单位分选材料提供依据；③通过无损检测对构件、材料涂层、几何尺寸、是否有腐蚀、深层硬度、应力状态等方面进行技术测定；④利用无损检测技术可进行现场监控，关注施工设备运行情况，将施工建设中构件的缺陷信息及变化形势以报表的方式传输至管理端，便于质量管理部门对施工情况实时监控[1]。

2 无损检测技术在桥梁桩基检测中的应用要点

2.1 明确应用目的

为使桥梁桩基检测中无损检测技术应用有的放矢，需明确相关技术应用目的，以免技术使用盲目而不能起到过程性质控、缺陷分析等积极作用。首先，应用无损检测技术的目的是控制施工成本，降低返工几率，以免桥梁桩基施工因材料、构件质量缺陷而埋下安全隐患并在后期采取补救措施，保障在指定工期内完工，根据检测结果为材料采购、构件生产、工艺流程优化等施工管理工作有效展开提供依据，化解管理矛盾，提高管理效率，达到控制桥梁桩基施工成本的目的；其次，应用无损检测技术的目的是按照规定达成建设目标，通过精度高、专业强、科学规范的检测技术对施工行为加以约束，敦促施工单位按照标准行事，以免施工作业与规定不符，使桥梁桩基更为安全可靠，为后续施工活动有效展开奠定基础；最后，应用无损检测技术的目的是改进桥梁桩基施工制造工艺，例如有些桥梁桩基通过检测发现存在孔底截面沉渣厚度超过标准的问题，这与桥梁桩基施工流程不严谨有关，依据检测结果施工单位会在安装钢筋笼、安装混凝土填充导管及输料斗、灌注支架等用具的基础上增设沉渣厚度检查一环，必要时使用气举法清孔，保障沉渣厚度合规，继而达到优化桥梁桩基施工制造工艺的目的。

2.2 基本要素齐全

无损检测技术有效应用需在桥梁桩基检测中保障基本要素齐全，具体可从以下方面予以分析。

1)装置。无损检测装置是针对桥梁桩基质量问题进行检测提供动能的“源头”，如X射线发射装置等，这是检测对桥梁桩基结构不造成损伤的关键。

2)标准。将桥梁桩基检测物体与施工标准、质检要求联系起来，对结构、介质异常变化进行客观且实时的分析，通过检测结果与标准比较得出检测结论，为施工方判断桥梁桩基施工建设方案是否可行提供依据。

3)记录。将检测过程与结果记录下来，当前常用记录方法有两种，一种是由检测技术人员全程跟踪记录，另一种是使用物联网技术，将探测器获取的信息直接传输至检测档案管理系统，便于施工方、业主、监理方实时共享检测结果，基于BIM对桥梁桩基施工方案加以优化，继而充分利用检测结论。

4)解释。通常情况下非专业人员无法读懂专业设备得出的检测结果，有些仅为一些波浪线，很难直接用于桩基施工质量管理工作，基于此，需对这些信号进行解释，在此基础上转化为施工管理可用信息，使桥梁桩基检测中的无损检测技术得以发挥积极作用。

2.3 加强技术培训

无损检测技术较多，如磁粉检测、涡流检测、泄漏检测等，有些检测技术适用于产品，还有些检测适用于构件缺陷的深入检测，只有根据桥梁桩基检测需要选定合适的技术，才能保障检测结论在桥梁桩基施工中起效。因为超声回弹综合检测技术、红外成像等检测技术使用设备及检测成果存在区别，所以需在技术应用前进行专项培训，便于桥梁桩基检测方案贯彻落实，保障检测标准明确、流程规范、安全可靠，检测结果能用于桥梁桩基质量管理[2]。

3 桥梁桩基检测中常用的无损检测技术

3.1 红外成像法

红外成像法起效的基本原理是温度高于-273℃的物体均属于辐射源，能向外界发出红外线，此红外线介于微波与可见光之间，属于电磁波的一种，波长为0.76～1 000 μm。桥梁桩基主要材料为混凝土，该物质亦可向外界输出红外线，使用专业仪器对桥梁桩基混凝土热量进行测量并判断热流发展趋势可实现无损检测目标。当桥梁桩基结构内部有缺陷时，混凝土热传导将发生改变，混凝土温度表面分布异常，利用成像仪可得到直观的热像图，技术人员分析热像图能从中发现混凝土缺陷位置及类型。红外成像法为非接触无损专业检测技术的一种，可对桥梁桩基左右、上下连续进行扫描，不受时间限制，测温范围为-50℃～2 000℃，对温度较为敏感且分辨率较高，具有检测结果直观、快速、精准等特点，适用于大面积扫测，可有效发现混凝土结构渗漏、剥离等质量问题。

3.2 超声法

桥梁桩基质量受成桩工艺、地质条件、管理水平、机械设备等因素影响，可能存在混凝土离析、缩颈、断裂、夹泥、桩底沉渣较多等质量缺陷，严重时会危及桥梁桩基的安全与稳定，埋下工程质量事故隐患。基于此，需充分利用超声法检测桥梁桩基，对检测物体质量做出客观评价。使用超声法在混凝土内会产生高频弹性脉冲波，在超声脉冲发射源的作用下对检测物体质量做出判断，高精密检测接收系统会记录混凝土内脉冲波传播过程及结构波动特征。若混凝土内有破损界面则在系统内显示波阻抗界面，超声脉冲触及界面后波会反射、透射，透射能量随之减少。若混凝土内有蜂窝、松散、孔洞等质量缺陷，波触及界面会绕射、散射。专业技术人员依据波触及界面的时间及能量衰减频率、特征、畸变程度可得到检测区域混凝土密度参数。通过检测记录桥梁桩基不同高度、侧面超声波动特征，加之系统性处理，能对混凝土内部缺陷大小、性质、空间位置等方面进行判断，继而对桥梁桩基混凝土完整性及均质性做出评价。

3.3 超声回弹综合法

在桥梁桩基施工建设中，为保障技术方案科学可行会先进行试验，待试验达标后方可大范围使用相关技术，目的是确保桩基质量符合要求，同时控制施工成本，保障施工全程更为安全。基于此，可使用超声回弹综合法在试验施工环节加强质控。超声回弹、回弹法属于常用无损检测技术手段，二者一起应用能弥补单一质检缺陷，桥梁桩基质量检测结果误差更小，相较于贯入阻力法、后装拔出等方法，超声回弹综合法无需破坏桩基结构，还兼具工作量小、操作简单等优势。在使用超声回弹综合法过程中专业技术人员可根据表面塑性性能、弹性性能、孔隙、密实度等状况对构件进行综合性分析，物理量无损检测精度随之提高。在试验施工环节要准备试块，按照不同桥梁桩基施工方案制作并分设试验小组，为使分析对比仅围绕材料配比展开，试件养护、施工流程等方面需保持一致，继而通过分析检测结果得出水、粗骨料、添加剂等材料最佳配比方案。值得一提的是，为保障超声回弹综合法检测结果精度更高需多选择几处测点，利用公式对相应的超声声速进行计算，加之综合测强曲线、《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02:2005)的有效应用，对试件质量做出科学判断，为桥梁桩基施工作业提供依据[3]。

3.4 电磁感应法

电磁感应法在桥梁桩基检测中的有效应用基础为电磁自感式传感器原理，该仪器由铁芯、线圈、衔铁等结构构成，衔铁、铁芯为导磁材料，衔铁移动气隙厚度改变，磁路中的磁阻同时发生变化，感应线圈电感值波动，根据测点电感值变化情况可得出检测结论。实践表明，应用电磁感应法针对桥梁桩基进行检测，钢筋排列方式、焊网形式等方面会影响检测结论，钢筋杂质含量及锈蚀程度亦会改变检测结果，这是电磁感应法质检存在误差的主要原因。混凝土材料及钢筋保护层会对桥梁桩基混凝土电磁感应检测精度产生影响，若钢筋保护层较厚、气隙较大将直接造成磁损现象，混凝土存在电磁特性不稳的问题，电磁波在传播时会有不同程度的衰减，使检测精度受到影响。为使电磁感应法得以有效应用，需从理论上控制误差，根据钢筋、混凝土结构特性有效确定电磁强度，还需提升仪器分析计算能力，考虑混凝土钢筋直径、混凝土磁损等可能影响仪器精度的因素，关注效果系数，在检测时需远离磁场，可与其他检测方法一起使用，起到互相验证检测结果的作用[4]。

3.5 冲击回波法

桥梁桩基主要成分为混凝土，混凝土受外界环境影响及载荷作用会出现损伤，内部因此出现裂纹，裂纹扩展会破坏桩基结构的稳定性。当前检测桥梁桩基的方法有雷达法、超声波法等，每种技术适应范围存在区别。在桥梁桩基施工中对结构混凝土厚度有较高要求，主要与厚度、整体强度、工程耐久性等方面息息相关。冲击回波法使用应力波对桥梁桩基结构厚度及缺陷进行无损检测，检测系统包括超薄冲击回波检测、带表面波冲击回波、IES扫描式冲击回波等系统，可根据桥梁桩基施工实况灵活做出选择。其中，IES扫描式冲击回波系统基于IE技术发展而来，既可连续快速检测，又可及时了解预应力管灌浆等施工情况，还能依托系统得到与结构缺陷、厚度等方面有关的三维成像图。表面波型在桥梁桩基检测中的应用无需取芯标定，依托冲击回波系统能精准获悉混凝土厚度。超薄型冲击回波利于检测厚度小于5 cm的板状结构，有效拓宽冲击回波法检测范围，技术人员可根据桥梁桩基检测需要予以选用。

3.6 回弹法

针对桥梁桩基某个面进行检测时可使用回弹法并了解混凝土强度。不宜使用回弹法的情况如下：①混凝土遭受化学腐蚀、冻害、高温损伤；②构件厚度不足10 cm；③结构表面温度高于60℃或小于-4℃；④内部质量与表面差异明显或结构存在明显缺陷不宜使用本法检测。在检测中技术人员需对回弹仪进行检定，累积弹击频次超6 000、钢钻率定值不达标、受到撞击及新回弹仪均需进行检定，目的是保障仪器精度较高，满足检测需求，根据规范要求使用相关设备。在检测时需掌握水泥品种、砂石品种、模板类型、结构外形尺寸、施工设计等信息，结合实际情况采用部位检测、构件检测等方法，要求构件或结构测区超10个，相邻测区间距约为2 cm，测区距离施工缝边缘或构件端部小于0.5 m，测区面积小于0.04 m2，在测量得到读数后进行计算，计算需取平均值，精准到小数点的后一位，不同的检测面所使用的计算公式存在区别，目的是针对非水平状态混凝土侧面、水平方向混凝土结构底面或顶面检测所得回弹值加以修正，先修正角度，再修正浇筑面，加之测强曲线有效应用得出桥梁桩基检测结论[5]。

4 结束语

无损检测技术在桥梁桩基检测中的有效应用有利于提高相关结构或构件的质量，使桥梁整体更为安全稳固，基于此，技术人员要结合工程实况合理使用无损检测技术，明晰有关技术适用范围，还需根据技术规定合理使用检测方法，做好检测设备养护工作，充分利用检测结论，使桥梁桩基施工效果更优，继而保障桥梁桩基质量达标。

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