超声波技术在路桥桩基检测中的应用初探

超声波技术在路桥桩基检测中的应用初探

章敏 ,黄宗辉

浙江省交通运输科学研究院   浙江省杭州市 310000

摘要：超声波技术是桩身完整性的一种主要方法,需要准确地对其进行分析判断是非常必要的。利用超声波技术检测桩身结构完整性，具有快速、低成本、无损等优点，已被广泛用于实际工程。本文根据超声波技术在实际工程中的应用，从理论上分析超声波技术的基本原理，重点介绍该技术在路桥桩基检测中的应用，以及如何利用数据分析判断桩的完整性，从而为有关部门做好工程质量的保障。

关键词：路桥施工；桩基检测；超声波技术

前言

目前我国路桥桩基的检测方法有很多，超声波技术能够直接对桩的强度和混凝土的缺陷进行检测，而不会对结构和构件的性能产生任何的影响，从而使其具有快速、灵活、可靠、经济的特点。但由于桩基埋于地下，常规的弹性测试方法很难应用。为了解决这一问题，必须从混凝土的承载力、完整性、岩体内部的形状、性质等方面进行判断。其中，超声波透射法是目前最佳的检测手段。随着超声波技术的广泛应用，越来越多地被用于桩基的检测中，将超声波技术用于桩基的检测，不仅能提高检测效率，而且能极大地保障检测质量，是一种非常有用的方法。

一、路桥桩基检测中超声波技术的原理

超声波路桥桩基检测是利用超声波在不同介质中发生不同声学参数变化，通过对声波的波形、振幅、频率的分析，从而判断出其存在的问题。在实际检测中，在桩身预先埋设一定数量的声测管，并在管中注入清水，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收，或单孔中发射并接收，可以测出被测混凝土介质的声学参数，然后通过特殊的声学分析软件对这些信号进行综合分析。

此外，由于高频声波对缺陷分辨率较高，但在介质中衰减较严重，会降低有效测距。因此在保证一定接受灵敏度的前提下，原则上宜采用较高而高频声波作为路桥桩基检测。

二、超声波技术的基本步骤

在运用超声波技术进行路桥桩基检测时，要明确其操作的基本步骤，并遵循相应的要求，可以使整个测试的效果发生质的变化。在实际生产中，超声波技术的基本步骤主要包括以下几个方面:

（一）统一仪器参数

统一的参量是后期资料分析的一个重要基础，因同一批次的桩在实际测试中会有不同的测试条件，因此要经常设定不同的参数以便于测试，但这会影响到后期的数据处理。针对上述矛盾，在工程实践中，在确定适当的传感器后，应预先按照设定测量装置的参数，利用校准方法确定延迟时间t0[1] 。

（二）对几何参数进行量测和核实

量测、核实是确保路桥桩基质量的关键，其具体方法是：核对桩长（校验顶标高）、确定桩号、桩位信息、量测声测管外壁间距等，并填写测试信息参数记录表。

（三）布置发射器以及接受转化器

发射器和转化器的设置是否合理直接影响到路桥桩基检测效果，这就要求施工单位重视。声测管需采用牢固的绑扎、焊接方式，均匀且平行固定在钢筋笼内侧，但需尽量避免采用焊接的方式对声测管进行连接。在安放发射器和转化器时，必须将每个发射探测器和接收传感器分别放置在标记深度测管的位置，确定标高一致后，进行同步上升和下降，测量点之间的间隔通常不超过250 mm，通过一体式设备记录采集数据。

（四）初步判断桩基缺陷部位

通过对试验资料的初步分析，确定桩基质量存在的测点附近，并对其采用水平加密、等差同步和扇形扫测等试验，以确定桩的位置和范围。

三、超声波技术的检测程序

（一）设备准备

在检测路桥桩基础时，所需的超声波检测设备必须具有以下的系统功能:第一声测系统（含径向环能器等），其主体为环能器装置，采用压电陶瓷，其工作原理是将电信号转换为超声波信号，通过接收探头将检测信号进行收集；第二自动提升装置，它的主要作用是，记录测试深度；第三外部设备，包括各种外部设备，如键盘，鼠标，打印机等。路桥桩基剖面检测工作结束后，技术人员可以通过专用软件对路桥桩基的超声波检测结果进行详细的分析，找出问题所在，并进行完整性判断。

（三）测试实施程序

超声波技术在工程实践中的应用，必须要做好相应的检测工作，以降低技术人员操作失误造成的误差。因此，在路桥桩基检测中，必须严格执行超声波技术的检测流程，保证超声波技术的各项工作都能顺利进行。技术人员要着重于基础测试与加密测试，从多个角度突出超声波技术在桩基检测中的有效性。

基础测试：合理的测试间隔，保证了数据采集的有效性，进行初期测试时，技术人员可以将探测器置于声测管道内，并将探测器置于同一高度，进行测量。通常，试验间隔应为10-20 cm。

加密测试：对遭遇疑似缺陷位置，应着重采用水平加密进行细致检测，但对于水平测试时测点间距不大于100mm的情况，无加密测试的必要；同时对非桩底缺陷位置可进一步采用双向斜测或扇形扫测法，双向斜侧和扇形扫测可较为准确的确定缺陷在径向的位置和大小，对路桥桩身完整性判定十分重要。

四、检测数据的分析和处理

（一）现场检测

超声波技术在路桥桩基检测中的关键工作是声波管的排列，它的排列数目及其对应的位置，直接影响到所要检测的断面数目和检测精度，因此该项工作需施工方格外关注。在进行超声检测前，对信号收集，选择合理的增益、延时是采集数据准确性的另一个关键项。通常我们可选择12个增益，50kHz，高通5kHz，采样10μs，脉宽35μs，点间距0.1m。在野外设置不同深度的测点。采用超声波投射，在现场对各待测点进行超声波测量，获取各断面的声速资料

[2]。

（二）数据的处理

在路桥桩基检测中，数据的处理是评价桩基完整性的一个重要因素。其中，数据的处理主要有:建立模型和参数化，对采集信号进行数理化的统计分析，计算声速声幅的平均值、临界值、PSD值等。同时有条件的可采用专业CT成像软件拟合出缺陷定量，在CT数据图像上也能较为清晰发现缺陷引起的的色谱异常。

五、路桥桩基检测中超声波技术的应用评价

（一）声速与声幅

由于混凝土自身的弹性特性，所以超声波通过混凝土时，可以反应出其内部的成分。因受混凝土不同材料、工艺的影响，声参量并未与混凝土强度建立已知的对应关系，不能作为直接推导混凝土强度的判断标准。但因声波速度与的强度呈线性关系，正常声速值服从线形的正态分布，可做为判定桩基完整性依据。在操作设备中通常对超声波在钢质声测管声速取值为6000m/s,20℃的水为1480m/s。

在桩基区域中的声波速度越高，混凝土完整性越高。反之，随着声速的降低，混凝土的质量也会出现问题。特别是遇到连续性的低声速值区域，可初部判断为疑似缺陷位置。这时我们将用概率法、低限值法及双边剔除法方法对声波速度进行判定，其中概率法和低限值计算各剖面声速平均值及临界值；双边剔除法可剔除是在灌注桩的过程中，由于混凝土材料自身的质量和施工中的其它因素干扰，导致缺陷处的速度不符合正态分布，通过计算变异系数判定混凝土的均匀性。

在超声桩基础检测中，声幅可以被简单地理解为能量衰减，它是反映超声桩基结构整体与非均匀性的一种表现形式。在桩基超声波探测中，波幅的为更敏感声参量，可以理解为当超声波在桩基中传播中遇到缺陷位置，波幅能力衰减量大于声速降低值，可作为缺陷判断的前期指标，由于超声波在桩基中的传播，会产生反射、透射、衰减等现象。因此，这种复杂的波束所表现出来的信号更加复杂，必须经过长时间的检验和精确的观测，并结合施工工艺特点，才能正确地分辨出不同的声速、声幅与混凝土的质量关系。

（二） PSD 判据

PSD是在桩基上，结合波幅的变化，通过PSD值来判断桩基础上的异常点，其基本原理是:在桩基剖面上，任何位置的声波都会随测点的变化而不断地变化。如果存在缺陷，则声波时与测点之间的关系就会发生变化，不能随测点的变化而改变。PSD准则能对声音产生的信号进行放大，对缺陷位置的 PSD有较好的响应， PSD准则基本能消除由于不平行或不均匀引起的噪声，对缺陷的判定非常灵敏[3]。

六、结语

超声波技术是目前路桥桩基检测中的一种主要方法，能准确地反映出桩的具体状况，具有很好的可靠性。在实施该项技术作业时，应了解超声波技术的工作原理，针对工程实际，对桩基进行优化，并采取相应的处理措施，以改善其稳定性与安全性。同时，在实际工程中，加强对该技术的研究与应用，将有助于正确评估其完整性，并对其进行合理的处理。

参考文献

[1]卜德双.铁路桥梁混凝土超声波检测技术在桩基检测中应用探析[J].工程机械与维修,2022(03):79-81.

[2]靳羽.桥梁混凝土超声波检测技术在桩基检测中的应用[J].工程技术研究,2021,6(05):76-77.

[3]杨虹.反射波和超声波检测技术在砼桩基工程检测中的应用研究[J].天水师范学院学报,2006(05):54-56.