桥梁桩基检测中声波透射法检测的应用分析

文/庄军民

1 前言

桥梁桩基施工中最常见的问题就是段桩和蜂窝这几种，而造成这种问题产生的原因大部分是操作方式、人和设备及周边环境所造成的。这些因素会对混凝土的强度及完整性造成在安全性和耐久性方面的影响。所以，声波透射监测技术是桥梁桩基混凝土操作中必不可少的一种监测技术，它可以准确监测出桥梁桩基的质量问题产生在哪里，并且保证桥梁桩基可以满足施工设计的需求。

2 声波透射法在桥梁桩基检测工作中的应用机理

图1 是适用声波投射法的示意图。桥梁木桩的测量，使用声波投射法时，以声波特性为主要检测依据。具体来说，在被测量的木桩上预先埋藏两种以上的声音(将它们互相水平地维持在一起的状态)，并在其内部灌水，将其作为结合剂。再将超声波脉冲置于声标管中，发射或接收电磁脉冲，超声波可以用超声波发射超声波，超声波可以通过接收器显示接收到的超声波波形。再用超声波表面的波形，穿过混凝土中能判断出海浪的第一声，频率和波长等关键声源(声音)[1]。

通过以上程序，可以通过桥基木桩的缺陷引起的超声波波形或相关参数的变形等检查木桩是否存在缺陷。如果柱子中的混凝土存在穿孔、蜂窝、松动等质量缺陷，产生的超声波就可以绕道或散射。超声波的最初到达时间和能量感应特性、波形畸形程度、频率变化等，可以准确测定部分中混凝土浓度系数等。对于图2 所示的完整的木桩和有缺陷的木桩，通过声波投射法得到的木桩略有不同，可以确定桥梁木桩是否存在质量上的缺陷。桥身的木桩质量问题，根据平测的超声波投射法，正确地判断出个数有缺陷的固定式位置，但却无法进一步测定这种方法及其缺陷的具体范围，可以外向测量法上测定。应该合理的即兴发挥使车向外伸出头部进行控制。考虑到连接面上安装的半地面加速器本身具有一定的指向性，相应的环的高度差小于挑距的水平距离。通过这一缺陷部位时，超声波信号会发生畸形变化，将两个探索队之间的高低部分和异常区域范围配合起来，就可以近似地判断抹消障碍的范围了。如果相应木桩的缺陷比较轻微，那么如果在声道附近存在淤泥等现象，信号畸形变化的范围就会缩小，否则信号畸形变化的范围就会扩大。另外，利用扇形扫描可以更准确地划分木桩的缺陷部位[2]。

3 基本概念与检测原理

超声波具有超强的渗透性，在使用超声波测桥梁桩基的时候，如果发现桥梁桩基是有问题的那么，超声波透射时的波幅、时间、频率和波形等重要参数将发生显著变化。通过改变上述参数，测试人员将能够查明钢筋混凝土中的潜在缺陷和问题。在具体检查过程中，首先要将声测管埋在监测通道中。然后，在对声测管进行彻底清洗后，必须在声测管中放置一定数量的清水介质作为耦合物。应当指出的是，在灌注过程中不得发生外泄。 在完成上述行动后，需要使用超声波发射机，并通过发射探头和接收探头同时发射和接收超声波信号。在测试结束后，工作人员通过对频率参数、波形等等进行全面分析，获得有关桥梁物理混凝土缺陷的性质的准确信息。例如，如果需要测量的桥桩混凝土出现裂缝等问题，超声波传递期间阻抗值将会大大降低，超声波的传播速度将会降低。在这种情况下，接收器收到的超声波、声波时间等参数将会异常显示出来，工作人员就可以通过变化的数据分析并确定桥梁桩基混凝土中的缺陷[3]。

3.1 好处与弊端的辨析

首先来探讨一下超声波透射法在桥梁桩基检测中的优点。其可以很准确的监测出大型桩柱的质量问题，比如，在监测过程中有一根直径大于或等于0.8m 的桩柱，普通的监测方式无法准确的监测出其有没有质量问题，但是超声波透射监测就不存在类似问题。因为它可以不受桩长、桩径的影响。而且在监测过程中不会因为监测到一个问题就停下，然后再继续这种现象不会出现在超声波透射法上面。因为，它具备可以一次性监测出所有问题的能力并可以将更细微的问题发现。同样这种监测方法的弊端也非常的明显，因为要放置侧身管从而会增加测验费用，对施工造价有着一定的影响。

此外，预先埋声测管的效果将会影响到监测结果。因此，在采用超声波透射检测方法时，对预埋声测管质量必须进行严格管控，以避免出现声测管被堵等问题。还有一种弊端是，由于测试项目多，会产生很多的相关测试数据，这将会给工作人员的后期工作带来一定的压力。与反应应答波等探测技术相比，相对应变反射波法等检测技术而言，声波透射法的操作简单、方便，检测数据更加精确、可靠[4]。

4 工程应用分析

4.1 工程概况

图3 声波透射法检测

本项目涉及江西省高速公路桥梁桩基工程。高速公路总长约150km，设计速度可达100km/小时。由于沿线的地质和地形限制，在设计过程中决定采用桩基础形式对桥墩结构的施工。地质勘探报告显示，工程地质环境对于进行桥梁桩基工程相对复杂，地下水线比较高，因此对桩基的质量有严格的建造要求。此外，在一些地区，有着较厚的分红层和淤泥黏土层分布。经过深入的分析，我们决定使用摩擦类型的钻孔灌注桩。该项目桩基的长度在5.4m 至100m 之间。在检验过程中，对于现场直径较大、长度较大的桩基，对其的施工质量监测主要是通过声波透射方法进行检验的[5]。

4.1.1 测试前准备

测试前准备的方向有两个，一个是要对测试的现场进行排查确保，后期监测的时候不会因为环境的因素影响到测试的效果。另一方面，仪器与超声系统之间的延迟时间是在检查前通过标定法校准来检查。此外，工作人员还计算和校正了测声管的高度和耦合的水层。

4.1.2 清洗声测管

在进行桩身混凝土的检查之前，首先要做的就是将声测过内打扫的一干二净，只有这样才能完整的对其进行分析。

随后，为了避免影响结果的准确性，必须保护声波管不受碎石等杂质掉落的影响。此外，清洁可以使用高压泵和真空压缩机等设备，但是水必须是干净的。如果在清洗过程中使用了含有沙子的混合水，那么桩基底部的声测管道可能会产生影响测试结果的泥沙沉淀。在冲洗完声测管后，工作人员需要测量冲洗深度，并根据实际测量记录，之后，工作人员必须给声波管灌满干净的水，并且将出入口进行封闭，以防止沙子进入声波管[6]。

4.1.3 应用效率分析

在对应用效果的分析中，研究对象被选为这个项目的桩基之一。该桩长为56.5m，桩基的直径为1000mm。桩基混凝土的强度是C30。在检索桩基完整性的过程中，共安装了3 个不同的声测管，不同测点之间的距离为0.25cm，监测时间是该桩基的28d 龄期。该桩基的实测曲线探测数据显示，1-2 剖面的声速为4.289m/s，平均波幅为101.34db。1-3 剖面的声速为4.171m/s，但平均波幅为101.88db；2-3 剖面声测值为4.460m/s，平均波幅为102.19db。以上监测数值均为平均值。

5 结语

声波透射法在桥梁桩基的混凝土监测中起到的是至关重要的作用。特别是在大的直径，超高长度，特殊的地质环境中，其监测效果并不受桩基的长度，直径等许多外在因素的影响。所以，当下最重要的事就是加快对声波透射法的开发和研究。还应该在正式的监测时间段里将声测管清洗干净，对声测管出现故障的问题进行严格处理，做好线对和拉线作业，提高桥梁桩基工程的检测质量和效率。