探讨桥梁桩基检测中超声波技术的运用胡大全桂伦

探讨桥梁桩基检测中超声波技术的运用胡大全桂伦

胡大全桂伦

涟水县建设工程质量检测中心江苏淮安223400

摘要：桩基础作为我国桥梁工程最为常用的基础形式，具有承载能力较高以及抗地震作用性能强等特点，能够将桥梁工程的上部结构承受的荷载有效的传递到土层或者岩石层结构当中，从而提高桥梁结构的稳定性，有效缓解桥梁基础的沉降。但是由于在施工过程中桩基础容易受到施工工艺、工程地质条件、施工水平以及作业管理等各方面的影响，致使桥梁桩基发生缩颈、断裂、混凝土的离析或者是夹杂泥沙等问题，不但会影响到桩基础的承载能力，还有可能造成工程安全事故的发生。所以，必须要强化桥梁桩基础的检测管理工作，尤其是桩基的无损检测技术，便于对桥梁桩基的结构状态进行评估，保证桩基工程施工的质量以及桥梁工程整体结构的安全可靠性。超声波检测技术是桥梁桩基无损检测的一种重要方法，同时也时评估桥梁桩基础施工质量的有效措施。下面文中就超声波法在桥梁桩基检测中的应用进行相关探究。

关键词：桥梁桩基检测；超声波技术；运用

1使用超声波法检测桥梁桩基的相关原理

超声波传播波速和波形会因混凝土强度的不同而发生变化。若混凝土的整体完整性好，内质均匀，超声波的波速就会正常，波形完整，而不会明显畸变；若混凝土内部存在蜂窝、孔洞、空隙或裂缝等缺陷时，超声波的波速会低于正常值，而波形就会产生畸变或缺失。声波透射法检测桥梁桩基的原理就是基于以上理论。检测时，分别将发射探头和接收探头放置声测管中，发射探头发出超声波经过混凝土传播至接收探头，实时接收的波形里面包含桩基混凝土信息（混凝土密实度参数）。通过记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别桩基测区混凝土内部缺陷的位置、空间大小及性质。

2透射法检测桩基的准备工作

检测前，在桩基中绑扎声测管是进行桩基检测不可缺少的步骤之一，由于桩基的尺寸不同，安装的声测管数量也不同，一般直径小于1.5ｍ时，安装3根声测管；当大于1.5ｍ时，则需要安装4根声测管以备检测。

在实践中，多大会选取金属材质的声测管，两管之间的连接采取螺纹的方式，声测管的内径应大于换能器的外径。在安装声测管的时候，可同时进行与钢筋绑扎在一起，临近声测管时用混凝土进行封闭，由于管口的位置会比桩基高，要对口盖采取加封，防止杂物掉落到管中。

检验工作开展前，需要检验设备是否完整和正常，并且对试验的仪器进行仔细的检查，保证在检测的过程中设备能够正常运行。检测的设备主要包括换能器、声波测试仪和另外的一些显示器。除此之外，采用透射法开展检测难免会有误差出现，所以在检测时也要对修正值和延迟的时间进行测试，以便进行数据校正。修正值ｔ′可用以下公式表达：

t′＝（D－d）/Vt＋d－d′/Vw

式中，D为声测管外部的直径，mm；D为声测管内的直径，mm；d′为换能器外部的直径，mm；vｔ为声测关闭厚度方向声速，km/s；Vw为水声速，km/s。

3透射法检测过程

首先将扶正器安装好，然后在声测管内放入接收换能器和发射换能器，确保这两种设备在声测管内的升降过程比较顺利。为了可以较强的接收信号，信噪比较高，应该对检测的仪器参数进行设置，保障超声波检测时的波幅可以在显示器中清晰的显示。一般测点的间距为0.2-0.5m，但是假如检测过程发生不清晰或数据不正常的现象，需要对测点的数量和距离进行加密。接收和发射换能器在工作中需要在等高处或者固定高差的情况下进行，并且检测顺序自下而上地进行，检测中要全面记录数据，例如超声波的接收波频率、发射波频率、波幅以及形声时等。假如测量的过程中发生异常的波形，也要记录，并且要经过扇形扫描、斜侧、平测或者是双向斜侧等多种方法进行重复检测。如果声测管数量较多，可以分组对桩基进行检测。分组检测结束后再对桩基上的所有声测管随机和重复性检测，抽查的检测数量大概为总量的10%～20%，以便最大程度地将相对标准差控制在5%以内，如果在检测的过程中检测结果发生波幅异常，也需要进行多次的测试，取保桩基的检测结果能够更加准确。

4检测结果处理及判断分析

4.1检测中常用的声学参数

（1）声速与混凝土强度的关系。声速反映了混凝土的弹性性质，混凝土的弹性性质与混凝土的强度具有相关性，因此混凝土声速与强度之间存在相关性。另一方面，对组成材料相同的构件（混凝土），其内部越致密，孔隙率越低，则声波波速越高，强度也越高。但是用波速来推算混凝土强度是不可取的，规范也不要求推定强度。

（2）声速与混凝土缺陷的关系。超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混凝土的密实度有直接关系，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当有空洞或裂缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路程增大，测得的声时必然偏长或声速降低。

（3）声幅与混凝土质量的关系。声幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减程度。声幅强弱与混凝土的粘塑性有关，混凝土中存在低强度区、离析区以及存在夹泥、蜂窝等缺陷时，吸收衰减和散射衰减增大，声幅明显下降。

（4）波形与混凝土质量的关系。经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。①正常波形特征：a.首波陡峭，振幅大；b.第一周波的后半周即达到较高振幅，接收波的包络线呈半圆形；c.第一个周期的波形无畸变。②缺陷波形特征：a.首波平缓，振幅小；b.后续周期幅度增加得仍不够；c.波形有畸变；d.缺陷严重时，无法接收声波。

4.2几种声学参数的比较

（1）声速的测试值较为稳定，结果的重复性较好，受非缺陷因素的影响小。（2）声幅（首波幅值）对混凝土缺陷很敏感，它是判断混凝土质量的重要参数标准。（3）声频的变化能体现声波在混凝土中衰减的具体状况，进而间接的反映混凝土的质量好坏。（4）波形同样可以体现混凝土的质量，它的敏感程度也能代表混凝土内部的缺陷，在现场的检测过程中，还要特别注意整个接收波形形态的变化，以作为声波透射法进行混凝土质量判定的重要参考和依据。

4.3桩身完整性判定

桩身完整性的判定，一般是依据临界值与波幅和声波的关系以及波形的变化特征来判断桩身是否完整，从其物理性质上看形成的缺陷可以分为以下下两种：其一为桩基内部存在不同的材料，如沉渣、夹泥、夹砂等，使桩基内部介质失去连续性；其二为桩基在浇筑时操作不当而造成各组成材料分离、结构疏松等，如离析、蜂窝等。因此，只要能分辨泥砂、局部夹杂（泥砂或其他夹杂物）、离析等缺陷在超声信号上的变化特征，再根据灌注枯施工特点，即可判定其缺陷性质。

超声波法测桩基完整性类别判定：

Ｉ类粧：各声测剖面每个测点声速、波幅均大于临界值，波形正常。

Ⅱ类粧：某一声测剖面或者各别测点的声速、波幅略小于临界值，但其接收的声波波形基本正常。

Ⅲ类粧：某一声测剖面、连续多个测点或桩身的某一截面处声速、波幅值小于临界值，PSD值偏大，接收的波形存在崎变。

Ⅳ类粧：某一声测剖面连续多个测点或某一深度粧截面处的声速、波幅值明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畴变。

结语：综上所述，超声波法是能比较良好的反映出基桩缺陷的桥梁基桩检测方法，而且它操作起来也相对比较简单。只要能掌握好超声波法的基本检测原理，同时选择正确的超声波检测方法，就可以保证检测的准确度，从而为桥梁桩基工程质量检测提供判断依据。

参考文献：

[1]魏世昌.桥梁混凝土超声波检测技术在桩基检测中的应用分析[J].华东公路，2016，8（4）：10~12.

[2]贾颜康，李维珍，张昀青．声波透射法在钻孔灌注桩检测中的应用［J］．国防交通工程与技术，2016（5）：64－69．