超声波检测技术在桥梁桩基检测中的应用

吕子钏 谢剑锋

摘要：桥梁桩基混凝土采用超声波检测技术检测混凝土的完整性和强度指标，可以为公路桥梁的验收提供科学依据，桥梁桩基施工具有高度的隐蔽性，施工质量缺陷极不容易被发现，质量事故的处理成本较高、技术难度也较大。桥梁桩基检测是桩基施工质量控制的必要环节。

关键词：桥梁混凝土;超声波检测技术;桩基检测;应用分析

引言

无损检测技术通常采用物理检测的方法，因此检测过程中通常不会对所检测工件造成损伤，因此叫做无损检测技术。在桥梁桩基的检测中就可以使用这种技术，可以有效的检测出桩基中是否有气孔、裂纹等现象，或者工程工艺是否符合要求。无损检测技术不但能够在检测中保持桥梁桩基不被破坏，还具有简单方便、节约检测成本等优点。

1超声波检测原理

超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：桩内预埋若干检测管作为检测通道，将发射探头和接受探头置于声测管中，管内充满清水作为耦合剂。由仪器中的脉冲信号发生器发出一系列周期性电脉冲，加在发射换能器的压电体上，转换成超声脉冲，该脉冲穿过待测的桩体混凝土，并为接受换能器所接受，再转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过混凝土所需的时间、接受波幅值（或衰减值α）、脉冲主频率、波形及频谱等参数，然后由数据处理系统按判断软件对接受信号的各种参数进行综合判断和分析，即可对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置做出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。

2桩基检测技术组成及分类

桥梁桩基的成桩检测方法按桥梁检测规范有低应变、高应变、静载荷载试验和超声波检测，其中超声波检测是应用较为广泛和有效的检测方法。超声波检测桩基技术是利用超声波在介质中传播质点的弹性振动过程，测试仪器产生的脉冲信号激励发射头，发射探头将脉冲能量转化为机械振动，接收探头再将机械振动转化为电磁振动能量，发射的超声波经过介质水的耦合和放大，从而显示在检测仪的屏幕上，成为可以直观观察和读取的波形曲线数据，通过曲线判断桩身混凝土的均匀性、缺陷性质和缺陷部位。

3桥梁桩基中应用到的无损检测技术方法和其优缺点

3.1超声波检测在桥梁桩基中的应用

（1）超声波检测原理超声波是一种具有较高频率的机械振动波。超声波检测技术中运用到的原理是超声波的传播震动的反射原理，因此可以将检测到的超声波在计算机屏幕上直观的反映出来，通过反射的超声波波动图的振幅、振动频率等特性，对所检测部件的情况进行推测和判定。在对桥梁桩基的检测时主要是通过向桩基混凝土结构中发射超声波，通过对波的传播特征的分析，检测桩基是否存在缺陷。如果超声波在计算机模拟图上显示出较为均匀的波动趋势，则表明桩基中不存在较为明显的缺陷。（2）优点和局限性超声波检测技术除了能够保持桥梁桩基不在检测过程中收到损伤外，还具有检测较为全面、检测速度比较快、检测所需成本比较低的特点。此外超声波检测比较适用于厚度比较大的检测物体，因此在桥梁桩基的检测较为适用。但这种技术只能在检测现场就对超声波图的判断得出直接的检测结果，无法使检测依据保留下来。

3.2低应变法在桥梁检测中的应用

（1）低应变检测技术原理顾欣在低应变检测技术对桩基的质量进行检验时运用到的是对桩基顶端施加一个快速的作用力时有振动波的产生，此振动波在沿着桩基向下传播过程中如果遇到不正常的波段时会受到此异常波段的阻碍作用，从而产生的反射波被信号接收器接受和处理，从波形的变化情况上判断出桩基质量是否具有完整性。（2）优点和局限性该种检测方法所具有的比较突出的特点是其使用时的较为快速方便且节约成本，在工程的建设当中不会应为监测工作而影响其施工进度。因此作为一种在实用性和经济性的检测方法一直在我国各类的桩基检测中被广泛应用。但是低应变检测方法的局限性在于振动波在传播时对于较远距离的检测会出现不准确的现象，在对高度较大的桩基的检测时会出现一些问题。因此目前只适用于一般高度桩基的完整性检测中。

3.3高应变检测在桥梁桩基中的应用

（1）高应变检测技术肌理此种技术在进行检测工作时运用到的原理是通过自由落体下来的重錘对单个桩基施加压力以检验其承载能力。主要通过信号接收器接收到的结果来对其承载能力做出判断。（2）优点和局限性高应变检测方法在桩基检验中使用历史较长的一种方法。此检测方法主要对桥梁桩基的横向承载能力极限进行检验，从而判断其质量是否能够达到要求的水准。高应变检测能够对基桩中存在的各种缺陷例如有细小的缝隙等进行检查和检测，能够比较方方便的检测出桥梁桩基在竖直方向是否具有满足要求的抗压能力，此外利用这种方法还能在检测过程中对桥梁桩基中存在的缺陷及时检查出来。但是这种方法在我国的桩基的检测中由于一些局限性运用并不广泛。

3.4钻芯无损检测在桥梁桩基中的应用

（1）应用原理钻芯无损检测法是运用特定的钻具对桩基混凝土进行钻进，将完整的钻芯取出保存并标明序号放进取样箱中，通过对芯样的抗压性检测和性能上的判断从而实现对桩基性能的判断。（2）优点和局限性采用钻芯检测时不会受到施工场地和环境的约束，而且对于桩基的直径比较大时用此种方法进行检测也不会受到限制，因此对于施工场地环境较为不好的情况较为适用，这也是钻芯检测技术所具备的独有的优点。但此种检测技术检测速度上不如其他几种检测快，且成本也较高。

4超声波检测桩基的注意事项

超声波声测管埋设时必须保证各声测管之间相互平行对称，探头可以在声测管内同步自由的伸缩，桥梁声测管埋设根数与桩基的直径密切相关，公路桥梁工程中桩径小于 800 mm 时声测管一般为 2根，桩径大于 1 600 mm 时声测管一般不少于 4 根，桩径在 800 mm ～1 600 mm 时声测管宜采用 3 根，采用仪器检测时每 2 根声测管为一组分别进行检测。声测管应与钢筋笼的主筋牢固的绑扎在一起，禁止采用焊接形式与主筋焊接在一起，沿桩长每隔不超过3 m 采用铅丝绑扎一道，声测管口接头处与主钢筋点焊连接，声测管采用铸铁管制作，铸铁管壁厚满足设计和规范要求，要特别注意铸铁管接头处的焊接质量，保证声测管的内径有足够空间，换能器能够在声测管内部自由伸缩。超声波的频谱分析通过各频率的分量幅度解析，找出幅度最大的主频率，在频谱分析时截取不同的波列长度将得到不同的频谱曲线，在频谱分析中要考虑分辨率和漏波对检测精度的影响，同时考虑叠加波对检测的不利影响。

结语

超声波桩基检测技术具有检测设备简单、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，超声波技术可以适用于超大尺寸混凝土灌注桩的检测，也可以检测桩基混凝土内部的质量缺陷和强度情况，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，超声波检测技术能够得到某些测线上的混凝土质量信息，利用超声波数据进行统计计算分析，其成像结果是精确可控的。

参考文献：

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[3] 罗骐先.桩基工程检测手册[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4] 张东方，林家农，尹 超.灰色系统理论在混凝土抗冻性能研究中的应用[J].山西建筑，2007，33（15）：163-164.

（作者身份证号码：1  330322198310081211;2  332523198604113118）