超声波检测技术在桥梁桩基检测中的应用

隋义

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。

关键词：超声波检测技术；桥梁桩基检测；应用

引言：

超声波检测技术，是一种新型的检测桩基安全的方法，这种方法的优点在于操作便捷，检测过程和检测结果基本不受外界因素的干扰，检测所需时间短，安全性能较高。在科学技术进步的状态下，这种检测技术也被不断的优化。在多次的实践中发现，这种检测方法被应用到实际中能够很好的解决传统技术不能解决的难题，同时可促进基桩检测技术进步，确保工程质量安全。

1 超声波检测技术应用于桥梁桩基检测的原理

超声波检测技术应用于桥梁桩基混凝土的检测根据桥梁桩基混凝土结构形式的不同主要分为回波法和透射法两种检测方法。回波法能够在内部介质较为均匀的桥梁桩基混凝土检测中取得较为良好的检测效果，比如说桥梁桩基内部主要为金属介质的桩基。而透射法则是在内部介质不均匀的桥梁桩基检测中取得较为良好的检测效果。其多应用于对混凝土主体的桥梁桩基进行性能检测。现今在国内桥梁的建设中桥梁桩基多采用的是钢筋混凝土结构，因此相较于回波法多应用于均匀介质透射法更加适用于钢筋混凝土结构桩基的检测，且应用较为广泛。钢筋混凝土结构的桥梁桩基其框架为钢筋，内部填充混凝土，其内部还包含有一定的空气和水分，如在施工中未能采取合理有效的控制措施将极易导致桥梁桩基混凝土中存在着空洞、气泡以及疏松等的缺陷，上述这些缺陷的存在将会使得超声波面临着极大的声阻。在利用超声波对桥梁桩基混凝土进行检测时，超声波会遵循一定的弹性波规律，当超声波接触到非均匀的桥梁桩基混凝土介质时将会发生反弹和折射等的现象，此时可以将桥梁桩基混凝土看做一种弹性体。在利用透射法来对桥梁桩基混凝土进行超声波检测时，首先将超声波检测管预埋至桥梁桩基内，以此通道为超声波检测时的检测通道，同时在检测管内加入适量的水作為超声波检测时的耦合剂。而后通过将超声波的发射探头和接收探头在检测管的两端分别固定，通过接收超声波的透射脉冲用以实现对于桥梁桩基混凝土的超声波检测。

2 桥梁桩基检测中超声波检测技术的应用

2.1 声测管的埋设

声测管是声波透射法测桩时，径向换能器的通道，其埋设数量决定了检测剖面的个数，同时也决定了检测精度。声测管的材质尽量选择使用金属管，声测管内径通常比径向换能器的直径大10mm-20mm即可。

2.2 检测流程

现场的检测过程一般首先是采用平测法对全桩各个检测剖面进行普查，找出声学参数异常的测点。然后对声学参数异常的测点采用加密平测测试、斜测或扇形扫测等细测方法进一步检测平测：声测管、发射换能器、接收换能器、声波检测仪，以相同的标高同步升降，完成整桩检测；斜测：将发射换能器和接受换能器置于不同高度上同步提升，分析两次测试的声学参数异常的测线，来进一步更精确的确定缺陷范围；扇测：一只换能器固定在某高程不动，另一只换能器逐点移动，测线呈扇形分布。要注意的是，扇形测量中各测点测距是各不相同的，虽然波速可以换算，相互比较，但振幅测值却没有相互可比性（波幅除与测距有关，还与方位角有关，且不是线性变化），只能根据相邻测点测值的突变来发现测线是否遇到缺陷。

2.3 检测数据的分析与判定

桩身缺陷判别的主要依据是实测点的声速、波幅及其随深度而变化的变化曲线，根据得到的判据综合分析指标，可以得到桩基中混凝土的质量信息。

2.3.1 强度评价

混凝土强度的评价是建立在波速与混凝土物理力学指标之间的联系的基础上，一般情况下，声速可通过混凝土弹性模量和其力学强度的内在联系，与混凝土强度建立相关关系，以此可以推定混凝土的强度。波速在混凝土中通过的时间和速度与断桩有关，出现断桩时，波速会产生变化，与正常的在混凝土中的波速对比，可以判断断桩是否存在。

2.3.2 桩身混凝土缺陷声速判据

声速临界值的确定则基于概率法，声速在无缺陷的混凝土中运行会发生一定的离散性，但总体状态呈正态分布。由缺陷造成的声速异常值则不符合正态分布，确定桩基混凝土是否有缺陷必须采用正常混凝土的平均值判断，平均值偏小，造成漏判的概率就偏大，声测管间不平行也会产生误差。

2.3.3 桩身混凝土缺陷波幅判据

PSD法是基于声波的变化会引起深度曲线的斜率明显增长的原理，声波大小与混凝土缺陷程度有很大关系，而且两者之积对缺陷的反映更加明显，在检测过程中当PSD值在某处发生明显变化时，就可以作为缺陷区进行下一步的检测。以某省道桥梁桩基为例，该省道桥梁为钻孔灌注桩，浙江常年雨水多，采用钻孔灌注桩很容易产生质量问题。PSD法是将“声时——深度曲线”相邻两点间的斜率和差值的乘积作为判断依据。根据相邻两测点的斜率和深度，根据PSD判断的性质，可以判断当某点的PSD判据斜率和差值的乘积大于标准值，可以判断测点为断桩。

2.3.4 混凝土声速、PSD值出现异常

在混凝土PSD值出现异常的区域，即为判定为缺陷区的部分，可以采用水平加密、扇形扫测等方法，结合波形分析，确定混凝土缺陷的位置和严重程度。对于声速、波幅和PSD值超过临界值异常或突变时，要对缺陷处进行仔细测量，结合波形、施工工艺和施工记录进行分析，确定缺陷的位置和大小，声速普遍低于底限值时，可以采用钻孔去芯法检验桩基的混凝土强度。

2.3.5 桩身完整性类别判定

桩身完整性一般是根据声速、波幅和临界值的关系结合波形特征来判断。各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常，表示桩身完整，可以正常使用；某剖面声测声速、波幅小于临界值，而波形正常，表明桩身轻度缺陷，不影响桥梁正常使用；声测剖面连续多点声速、波幅均小于临界值，并且PSD值突然变大，波形出现畸变，表明桩身有明显缺陷，会影响桩身承载能力；声测剖面连续多点声速、波幅均明显小于临界值，PSD值突然变化，波形畸变严重，表明桩身有严重缺陷。

3结束语

超声波检测技术是桥梁桩基础无损检测的一种重要方法，具有检测设备简单、操作快捷方便的特点，超声波测试仪的穿透能力较强，特别适用于对桩基混凝土的检测和验收，可以准确的反映出桥梁桩基础的实际情况，并且该法的技术成熟，操作上简单方便，能够有效提高桩基础的检测效率。超声波测试时需要操作人员具有一定的工作经验，检测精度的高低与试验人员的经验判断密切相关，相关的检测人员在利用超声波检测技术进行桩基础的试验检测中，必须要熟知超声波检测技术的工作原理，对数据进行合理的分析和处理，保证超声波检测的准确性，为有效控制桥梁桩基础的施工质量提供行之有效的评判依据。

参考文献

[1]颜静，王争，胡先进.无损检测技术在桥梁桩基检测中的作用[J].黑龙江交通科技.2016（03）

[2]陈王剑.超声波法在桥梁桩基检测中的应用研究[J].黑龙江交通科技.2014（02）

[3]王光平.关于超声波法在桥梁桩基检测中的应用[J].江西建材.2014（13）

（作者单位：北方测盟科技有限公司）