超声波检测技术在桥梁桩基检测中的应用

刘 冰

（山东正元工程检测有限公司，山东 济南 250101）

桥梁工程是重要的交通基础设施，随着我国桥梁工程建设的快速发展和施工技术的不断进步，为了更好地适应不同的地质条件，作为桥梁工程重要承重结构之一的桥梁桩基也出现了不同结构类型，因此，对施工的质量也提出了更高的要求。而桥梁桩基在施工中由于受到施工技术条件以及施工经验等因素的影响，往往会出现裂缝、塌孔、孔径不符合设计标准等各种缺陷问题，所以，要采用高效准确的检测技术手段来加强对桥梁桩基的检验监督。而利用超声波技术是桥梁桩基检测中常用的一种无损检测方法，其可以准确判断桥梁桩基结构的完好性以及强度，从而确保桥梁桩基的施工质量能够符合设计要求。

1 应用超声波检测桥梁桩基的技术方法分析

应用超声技术对桥梁桩基进行检测时，主要是桥梁桩基结构的完整性以及强度等指标性参数来分别进行检测分析。检测人员首先要准确判定其声速值以及波幅临界值，并参考波形的特点来对桥梁桩身是否存在缺陷进行判断分析。此外，还可以根据工程的实际情况结合声速离异系数以及PSD值等参数来提高判断的准确性[1]。在应用超声检测技术分析桥梁桩基质量时，比较常用的参数包括桩基声速标准差、平均值、PSD值、变异系数以及平均波幅测量值等。

根据超声波检测的技术规范，可以将超声检测结果分成四个等级。其中，当所有声测剖面各测点的波幅值以及声速均能够达到临界值以上，且其波形形态正常的，应将其判定为桩身具有较好的完整性，能够满足施工要求的Ⅰ类桩。如果在波形形态虽然基本正常，但某声测剖面存在个别测点波幅值或者声速与临界值相比略小时，应将其视为Ⅱ类桩，即说明该桩身虽然有轻微缺陷存在，但是基本完好，对正常使用的影响比较小。当在检测中发现某声测剖面中有深度桩界面或者多个连续测点存在畸变波形形态，且PSD值存在增加的现象，其波幅值或者声速低于临界水平时，则说明该桩身有比较明显的缺陷问题存在，会影响桩基结果的实际承载能力，该类桩身为Ⅲ类桩[2]。而当某声测剖面在深度桩截面或者多个连续测点均出现波幅值以及声速与临界值相比明显偏低，且其波形形态畸变明显，同时PSD值也发生了较大的变化时，则说明该桩身结构中有严重缺陷问题存在，并会极大地影响桩身的实际载荷能力。

应用超声波技术检测桥梁桩基时，主要是利用超声波在遇到缺陷临界面会发生绕射或者散射的特性，此时换能器所接收到的波幅会发生比较明显的改变，因此，可以通过计算声波波幅以及换能器信号的变化幅度来对缺陷程度以及性质来进行判断分析。同时，当超声波遇到缺陷部分时，其相位以及传播路径也会产生一定的改变，此时在接收信号中就会出现畸变波形，再通过与低应变技术的结合应用，就能够对桥梁桩基的质量进行准确的无损检测。此外，还可以综合声速波幅以及PSD值等参数来提高对桥梁桩基缺陷判断的准确性。

以某桥梁工程的检测实践为例，该桥梁工程为某高速公路工程中的一部分，其桩基长度的设计值为41 m左右，直径为1 200 mm左右，在对该桥梁桩基的施工质量进行检测时，选择了将声测管预设在桩身内部的超声波检测技术。在检测实践中将3根声测管分别标注为1、2、3号管，并分别耦合为12、13、23三个测组，同时将水作为其耦合介质，对桥梁桩基进行检测分析。在本次检测中所选择的基桩多跨孔超声自动巡测仪设备型号为RSM-SY7 （F）。经过现场检测试验以及对检测结构的分析判断发现，该桥梁工程的所有桩基结构在检测中均成圆滑完整曲线波形，具有较大的振幅、突出的主频峰值以及陡峭首波，同时在波形的第一周期内无畸形波存在，且接收波呈半圆包络，说明桩基结构的完整性良好，无明显质量缺陷存在。

2 应用超声波检测桥梁桩基的技术要点

2.1 严格按照设计标准制作声测管

通过可以选择铸铁管等材料来作为声测管，在制作时应严格按照设计标准来控制铸铁管壁的具体厚度，并确保铸铁管接头焊接牢固平整，从而使声测管内部能够为换能器的自由伸缩提供充足的空间。在设置声测管时，应将其牢固绑扎在钢筋笼主筋上，而不得采取焊接连接方式。绑扎时应选择铅丝按照每3 m左右一道的方式来沿桩长方向进行绑扎设置。同时应采取点焊方式将主筋与声测管接头连接牢固。

2.2 合理设置声测管

在埋设声测管时应采取平行对称的方式来布设声测管，使探头能够在各声测管内伸缩自由。同时应根据桥梁桩基直径来确定埋设声测管的根数，一般当桩基直径在800 mm以内时，应埋设不少于2根声测管；当桩基直径在800～1 600 mm之间时，应埋设不少于3根声测管；当桩基直径在1 600 mm以上时，应埋设不少于4根声测管；而当桩基直径大于2 500 mm时，宜适当增加预埋声测管数量。在通过仪器设备进行超声检测时，应采取2根为一组的方式来进行测定。

2.3 放置声测管

超声检测应在完成成桩施工28 d后进行。在检测时应先将桩头挖开破除，管口应高出混凝土顶面100 mm以上，并将管口表面抹平。在对桩头进行破除时，应避免对埋设在桩体内的声测管造成损伤，并要防止有杂物落入声测管内部，然后应将探头放入桩底位置。

2.4 校正换能器精度

通常在超声检测设备中主要包括换能器以及数据采集装置等组成部分。在使用检测仪器进行检测前应对其性能参数进行检测校对。检测时可以通过律定试验来确定其声时以及波形的准确性和清晰度，并根据成桩设计标准来确定换能器精度。当条件均允许时应选择较重的换能器设备，同时要保证换能器的高度以及收放动作一致同步。

2.5 充分考虑各种因素提高频谱解析准确性

在对超声频谱进行分析时，主要是在解析不同频率分量的不同幅度的基础上，发现主频率的最大幅度，并将不同波列长度进行截取分析，从而获得频谱的相应曲线图。检测人员在分析频谱时不仅要对漏波以及叠加波因素进行充分的考虑，而且还要注意分辨率因素，以保证检测结果的精确性。

2.6 科学选择采样频率

在检测桥梁桩基质量时，检测人员应对采样频率进行科学的选择，以保证能够充分掌握以此波频谱的主要特征，从而提高分析频谱信号的准确性，以减少频域以及时域因素对频谱分析结果的影响。

3 结语

应用超声波技术来对桥梁桩基进行检测，不仅所需要的仪器设备比较简单，而且其操作也比较便捷。同时由于超声波具有很强的穿透性，能够很好地满足对超大规格桥梁桩基结构的检测要求，同时其检测精度也比较高，能够帮助检测人员准确掌握桩基结构的强度以及缺陷位置、范围和程度，并且判断桩基完整性类别。桥梁桩基的施工质量将对桥梁整体结构的质量安全产生重要的影响，因此，检测人员要不断总结实践经验，准确掌握超声检测的技术要点和操作规范，利用超声数据来对桥梁桩基质量进行准确的判断分析，从而提高检测的精度和效率。