声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用

范亚聪 黄坤

摘 要：以声波检测技术为研究背景，对混凝土桥梁检测中声波检测技术的应用要点进行分析。首先论述了声波检测技术的基本内容，其次在探讨声波检测仪器发展基础上，对声波技术在桥梁混凝土结构检测中的应用情况进行分析。希望通过研究，可以给相关检测人员提供参考。

关键词：混凝土桥梁;检测;声波技术应用

中图分类号：U466.3 文献标识码：A

1 声波检测技术概述

超声波，其主要是由换能器或其他振源等产生，作为一种高频机械振动，由于其的声学参量与混凝土结构特性有着一定的联系，且能在具体的预测中得到有效的利用。而当前广泛应用的声波检测即是在这样的条件下具体实施，不仅有着对力学特性的分析，而且在结构性诊断上也有着特定的功效。由此也就使得这样的技术有了两项不可或缺的内容，其一是声学参数的测定，其二是寻找以上参数与混凝土结构特性之间的存在的关系。

2 声波检测仪器的发展

就我国混凝土声测仪器的发展来看，期间主要经过了以下四个阶段：上个世纪的六十年代是起始阶段，电子管类型是主流;到了七十年代，晶体管集成电路类型成了主要代表;八十年代是初级数字化时期，仪器与微机的联系使得声参量的检测更为高效科学，同时针对后期数据的处理也有了一定的发展;九十年代中期，数字式声测越发成熟，型号也更为多样。与此同时，自动化和智能化的水平也达到了国际水准。采用计算机为主控元的操作方式，使其针对声参量的数据采集以及处理更为高效，同时相应的分析能力也获得前所未有的提高。

3 声波技术在桥梁混凝土结构检测中的应用

3.1 混凝土抗压强度检测

理论层面上来看，超声波在混凝土中传播的过程即是混凝土每一微区出现拉伸压缩等变化的一个过程，由于混凝土强度与应力应变参数有着一定的关系，因此使用超声传播特性描述混凝土强度较为适宜。但是因该物理量极为复杂，借助于逻辑推演以确定强度与超声传播特性之间的关系着实存在一定的难度。鉴于此，应采取试验归纳的方式，进而在这样的方式操作之下确定超声参量与混凝土强度的经验公式。由于这样的方式其中存在的影响因素较多，因此所能应用的范围较小。鉴于这样的现实情况，选择测强曲线判定测试结果的准确性就有了一定的参考性。就超声检测的强度以及广度来看，我国在世界领域内都有着不可忽视的地位。此处主要对超声回弹综合法进行分析，其主要是借助于超声值和回弹值等参数与混凝土强度之间的关系，进而在数理统计等方法下推断出混凝土的强度。一般其检测的误差不超过15%[1]，而为了确保具体检测的精确性，试块等应确保统一，同时还应对混凝土芯样强度做出一定的修正。对于建立地区性的测强曲线，我国大部分的省市已逐步展开且获得良好的回报。北京地区这方面的实验主要是由北京市政工程具体负责，且最终的实验结果也达到了预期效果。其所采用的超声回弹综合法在混凝土强度检测中有着突出的作用，通过自动测取声学参数进而调取与之相适应的测强曲线，最后也就是检测结果的生成以及上报。

3.2 混凝土内部缺陷检测

当前混凝土探伤所用到的无损检测方式主要有超声脉冲法和雷达法以及射线法等，因雷达和射线等方式的穿透能力有限，且仪器以及防护等后续的配置成本较高，因此这样的方式并没有在我国获得广泛使用。而超声法则获得了较为突出的应用效果，并在混凝土结构内部缺陷检测上取得了显著的功效，因此就当下该领域的检测来说，这样的方式尤为重要。就穿透能力来看，超声法在这方面的表现无疑是最为突出的，有数据显示其最大可达到十几米以上。就此类探测方式来看，其主要是通过超声波遇到缺陷出现变化，而变化的主要表现是波形声参数，进而在此基础上对缺陷的性质以及位置等做出较为详细的判定。就当前此类探测所使用到的参数来看，声时和声程以及波幅等的参考频率较高。为了定量确定缺陷的具体部位，我国将数理统计引用其中，然而由于此类方式影响之下的概率法得到的混凝土的质量离散性较大，因此其在声学参量上也大多以波动离散的形式表现出来。由进行的试验确定，正常状态下的混凝土声参量符合正态分布的特点，因此只要是混凝土质量不均下测试随机误差引起的数值波动，都应将其归入统计规律当中的正态分布，由此也能看出具体测定的科学性[2]。

需要注意的是，如果某些观测值不在置信区间内，那么即可将其判定为异常值。这样的操作之下，为缺陷的判断提供了较为便捷的方式。通过多种声参量的综合分析，缺陷判断的准确性获得了显著的提高，例如声时加长和波幅降低等，这样的形势条件下，相应的仪器也就有了更高的标准，同时与之相关的软件在具体操作上也有了特定的需求。就北京康科瑞公司推出的NM系列超声仪来看，因其具备的多种声学参量的自动判读特性，进而为其精准测定各个测点的声时以及幅度提供了基础保障，与此同时实时记录以及多因素综合判断也为未来的缺陷判断提供了重要基础。随着综合判断模式的不断增多，超声测缺的判断依据也变得更为全面精确。若论结构缺陷检测的重点，混凝土裂缝深度算一个重要方面。而对其的检测早在2000年修订的“超声法检测混凝土缺陷技术规程”中即有说明，相应的检测和判定方法中新增了首波相位反相检测法，而此类方法的业内反响也比较好，对于提升检测精度有着显著的功效。针对这一方面的检测，NM系列超声仪也可对其做出具体实施，其配置的针对裂缝深度的检测分析，使其在该领域的技术优势呈现得极为突出。

4 声测技术在基桩检测方面的应用

对于桥梁工程当中的基桩完整性检测来说，声波投射法的作用不可忽视。就钻孔灌注桩聲波投射法整体分析来看，其是混凝土缺陷声测的一种，然而由于该处的施工方法以及结构特性有其独特性，因此相应的缺陷判定方法也有着一定的差异。具体来看，声波投射法的应用是在基桩内预埋两根以上声测管的基础上实施，与此同时将发射和接收换能器等分别置于两个声测管内，而相应的测试即是在升降的过程中具体实施，相应的检测区间主要是发射到接收等换能器扫过的面积。

4.1 超声波检测在桥梁桩基中的应用

对于桥梁桩基工程来说，采用到的超声波检测技术是存在差异性的，以下对这些常见技术的实践要点进行深入分析。

（1）超声波检测原理。这样条件下所进行的检测主要是基于超声波的固有特性，通过这样一种高频率的机械振动波的反射，以判定检测部件所存在的某种不良情况。具体检测的过程中，主要是以发射超声波的形式进行，进而对桩基混凝土结构所存在的某种不良情况实施测定。通常情况下，如果超声波在计算机的模拟图中波动比较均匀，即说明所测定的内容没有问题。

（2）优点和局限性。就此类检测方式的推进过程以及最终结果来看，整个的检测并不会对检测对象造成任何的损坏，且检测的效率以及质量都比较高。与此同时，所需的费用以及投入的成本都不高，因此其可作用于大多数的工程结构检测。不仅如此，此类方式在应对厚度较大物体的检测时也有显著效果，因此即便是厚度较大的桩基也可采用此类方式进行检测，由此可见此类技术有着显著的普遍适用性。然而不足的是，这样的技术检测，其所得到的结果只是基于一定的判断，检测的切实依据往往无法有效地保留下来，因此对于后续的处理来说并不实用。

4.2 低应变法在桥梁检测中的应用

（1）低应变检测技术原理。此类技术的应用主要是基于桩基质量检验过程中以施加作用力的方式进行，进而促使振动波产生，振动波在沿桩基传播过程中出现不规则的波段，即说明该部分存在一定的问题，随即开展特定的处理即可。同样，其所检测的基础也是利用振动波的反射，进而在接收信号的条件下，以达到对桩基某些部分状况的一个判定[3]。

（2）优点和局限性。此类检测方法的最显著优势无疑是其便捷高效，且整个的操作无需较大的经济成本，同时也不会碍于检测的推进对后续的整个施工进度的把控造成不良影响。正是由于其高效实用的显著特点，因此其在我国大多数的桩基检测中被广泛应用。然而此类检测方式也有一定的不足，例如对于远距离的检测，最终得到的结果的准确性并不高，特别是针对高桩基的检测，这样的情况更为突出。因此，这样的一种检测方式仅限于部分一般高度的桩基。

4.3 高应变检测在桥梁桩基中的应用

对于此类技术的应用，需要按照工程的要求做好各方面的控制。

（1）高应变检测技术机理。此类技术的应用主要是基于自由落体开展，进而在落下重锤对桩基所造成的压力，以检测其的承载性能。具体来看，此类方式主要是通过信号接收器来收集相关的信息，以对桩基的承载性能实施判定。

（2）优点和局限性。此类检测方式有着较长的使用历史，因此其应对各类情况都能有较为出色的发挥。其主要是对桥梁桩基实施横向承载性能的检测，由此得出其整体质量是否符合既定的施工标准。此类检测能够精细地检测出桩基中存在的各种问题，即便是极为细小的不良情况，其也能精确地测定出来，相对来说精度以及检测的广度等都比较高。但是这样的方式也有一定的不足，例如对于某些特定桩基的质量检测，这样的方式显然并不适用。

5 结语

由以上论述可以看出，声波检测技术在桥梁结构无损检测中确實有着极为重要的作用。随着近些年对其不断的研究和应用，此类方法的精度等也有了显著的提升，同时更多新型的方式不断地涌现出来。不管是信号处理和数据处理等相关的技术，还是测试仪器的精度和自动化程度等都获得了极大的提升，更为重要的是，以上的技术规范也得到了不断的完善。就我国此类检测技术的发展水平来看，已与国际先进水平无异，与此同时其在桥梁结构检测和评估应用中的应用程度也在不断加深。

参考文献：

[1]梁天成.探讨桥梁桩基检测中超声波技术的运用[J].低碳世界，2017，7（07）：198-200.

[2]王鹏.超声波法在桥梁桩基检测中的应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2014，4（30）：3620-3621.

[3]徐亮.超声波检测技术在公路桥梁桩基检测中的应用分析[J].城市建设理论研究（电子版），2013，3（24）：1-5.