桥梁混凝土超声波检测技术在桩基检测中的应用

李文忠

（安徽高速公路试验检测科研中心有限公司， 安徽 合肥 23000）

0 引言

桥梁工程的建设规模越来越大，对质量安全也提出了更高要求。要确保桩基基础部分的安全性与稳定性，还需采用适宜可靠的技术手段，对其进行全方位的检测，提高质量控制工作的落实成效。在桩基检测中引入超声波检测技术，能够对目标结构的各项强度参数进行准确检测，获取精准真实的数据结果，为后续施工工序的顺利开展奠定坚实基础。

1 桥梁桩基混凝土超声波检测技术原理

借助于超声脉冲发射源，向混凝土内部射入调频弹性脉冲波，然后通过专门的接收系统，对脉冲波在混凝土内部传播过程中呈现出的波动特征进行接收，并予以准确记录，这就是超声波检测技术的基本原理。将超声波检测法应用到桩基检测中，主要是结合波的传播特点，其中混凝土桩基起到弹性介质的作用，当桩身各横截面或内部穿过超声波时，即可获取相应的参数信息，与检测仪器相配合，即可有效地处理脉冲信号形式的检测数据，进而对混凝土桩基结构内部是否连续、完整进行评估与判断[1]。

2 桩身混凝土质量与超声波声参量的关系

超声波透射是超声波检测技术的核心所在，在整个桩基检测过程中，其主要根据混凝土的变形能力、强度性能等物理学特征指标，得出相应的声参量，作为判断桥梁混凝土质量情况的理论依据。在混凝土中，超声波多沿着纵轴方向，贯穿整个内部横截面，通过以信号发出的方式将对应的声学参数反馈出来，对于技术人员来说，便应根据获取的数据内容，对桩身内部结构的完整性、强度等予以判断。在混凝土起到传播介质的作用时，其会将在内部传播的部分声波予以吸收，一方面声波会继续扩散，另一方面扩散的强度会逐步衰减。在应用超声波技术检测桩基的过程中，各类声参量的获取与混凝土质量间存在着相互作用。超声波在混凝土内部沿着纵向进行传播的过程中，声波可能呈现出的现象主要分为三种，一是反射，二是绕射，三是衰减，这主要说明混凝土内部屏障对声波产生干扰，直观反映出了缺陷的存在与实际状态。由于桩基检测阶段内形成的声参量存在较大差异，因而便于对混凝土内部的不同位置处的连贯性、完整度等予以判断，确保桩基结构存在的质量安全问题能够被及时发现。除此以外，要想判断桩基的质量性能是否完好，还需结合获取的波形曲线形态，若主频峰值突出，且形态圆滑，波现象不存在明显异常，则说明混凝土桩基内部不存在严重缺陷。

3 桥梁桩基混凝土超声检测技术的检测方法

检验混凝土桩基的连贯性、完整性过程中，对超声波透射法的应用最为常见。在现场检测阶段，多会使用到双孔法，工作人员需要对声测管预埋的具体数量（如表1）、主要位置等予以明确（如图1），通过平测、斜测等方式进行认真观测[2-3]。

在选择声测管时，应结合桥梁桩基混凝土工程施工的实际情况，优先考虑对铸铁管材质管材的使用。在正式使用前，需尤为重视对其管壁厚度的掌控，铸铁管接头部分需平整、牢固地焊接，确保管内存有充足的空间，为换能器的自动伸缩提供便利条件。在声测管的布置作业阶段，需选定钢筋笼的主筋，将其牢固地绑扎在上面。

声波仪器的内部组成较为复杂，除了计算机、声测管等基本部分，还包括发射、接收转换器等（如图2）[4]。

图1 布置声测管

表1 声测管的埋设要求

图2 超声波测桩工作原理

4 桥梁桩基混凝土超声波检测技术的界定标准及实例

4.1 界定标准

针对桥梁工程桩基动测工作，相关的标准规范已明确了技术规程，对于检测人员来说，需要严格遵照标准要求，根据超声波反馈的波形特点、声参量等数据信息，准确地评估并判断桩身内部的缺陷程度，结合给出的标准规程，划分混凝土基桩的完整性等级。例如，若桩基外观完整度较高、混凝土桩身不存在明显缺陷，其整体结构的使用功能未受到负面影响，观察波幅、波形不存在显著的异动现象，则可以判定此类桩基为Ⅰ类桩。若桩基具有较为完整的外观形态，混凝土结构功能受到的影响也较为轻微，波幅值不超出标准范围，波形正常的情况下桩身使用正常，则划定此类桩为Ⅱ类桩。

若观察到桩基外观部分存在的缺陷较为明显，混凝土结构的承载力不强，受到较为明显的破坏与影响，且波幅值比临界值小，波形存在严重的变形现象，则应判定此类桩基为Ⅲ类桩。若是桩基的功能性受损较为严重，且外观也存在十分明显的缺陷情况，整个结构的承载性能大幅下降，波形出现严重变形现象，波幅值不在临界范围内，则划分此类桩基为Ⅳ类桩[5]。

4.2 工程检测实例

利用超声波检测技术，探测某2000cm 桩身长度的嵌岩桩，发现从桩顶向下至桩底结束的整个范围内，各个阶段的声速值、波幅值都不存在明显异常，处于正常范围内，因而根据桩身完整性的评估标准，可以判定其为Ⅰ类桩。借助于取芯检测法探测桩基，可以得知整个桩基桩身具有较为完好的胶结状况，因此桩基的质量安全达到合格基准。

借助超声波探测技术探测某1750cm 桩身长的嵌岩桩，发现其内部存在较为严重的缺陷情况，从桩顶向下至桩底的部分位置处，波幅值、声速值等参数量均小于临界值，呈现出异常的波形状态。根据桩身完整性的评估标准，判定这一混凝土桩基为Ⅲ类桩。取芯检测此桩基可以得知，整个桩身范围内部分位置处的混凝土并未完全胶结，且部分位置处的混凝土存在离析现象，这说明这一混凝土桩基的质量情况并不符合规范标准。

利用超声波技术检测某1900cm 桩身长的嵌岩桩，通过初测、复测两阶段的全面检测工作后，发现其在局部位置处出现较为明显的缺陷现象，从桩顶向下至桩底部分的整个范围内，部分位置处剖面的声速值、波幅值都小于标准的临界值，但若是观察其波形，则可以发现没有发生明显的异常现象。虽然桩身内的缺陷是明显存在的，但并未对整个混凝土结构的正常使用带来严重影响。取芯检测这一桩基，可以得知混凝土胶结呈现较为良好的状态，因此其质量安全水平达标，属于Ⅱ类桩。

5 超声波检测技术的应用注意事项

在桥梁混凝土桩基施工的过程中，需针对声测管的使用采取相应的保护措施，避免外部因素损坏声测管，如果其存在异常情况，则在实际检测桩基的过程中可能导致设备探头被卡住，难以向桩底部分深入。与此同时，砂浆、混凝土等施工材料也可能渗入到声测管内，引发堵管现象。在养护处理混凝土的施工阶段内，需在声测管的管口部分处覆盖，一方面是防止异物落入声测管内，进而导致管道被堵塞，另一方面是避免杂物渗入换能器，导致出现耦合故障问题。

在超声波声测管的埋设施工阶段内，需使得每个声测管间保持对称平行的状态，尤其是在声测管内部，探头应可以在同步状态下进行自由伸缩，技术人员能够参照桩基的直径大小，对适宜埋设的声测管数量进行精准判断。例如在桩径大小不超过80cm 的情况下，适合设置两根声测管；若桩径大小超出80cm，但不超过160cm，应控制声测管数量在三根左右；若桩径大小超出160cm，那么埋设的声测管数量最少不少于四根。

在成桩后，需要将其静置28 天，然后再利用超声波检测技术进行探测。在正式开展检测作业前，应开挖处理桩头部位，将表面磨平，为后续检测作业的顺利进行奠定良好基础。

除了换能器，数据采集装置也是超声检测设备中的重要组成部分。在组织开展检测作业前，需严格地校对所用检测仪器的性能参数，并借助于律定试验的方式，对检测过程中波形、声时的清晰度、准确性予以评估和判断。参照成桩的相关设计标准，对换能器的精度情况予以确定即可。

分析超声频谱，是桩基检测工作中的要点环节，其主要是对不同频率分量的不同幅度进行解析，在此基础上，获取准频率幅度的最大值，以截取分析的方式解析不同波列长度，最终得出频谱对应的曲线图。在对频谱进行分析的阶段内，技术人员需要充分考量到叠加波、漏波等因素，综合考虑分辨率等条件因素带来的影响，确保获得准确可靠的检测结果。对桩基结构的质量性能进行检测时，工作人员需要科学地选择采样频率，保证频谱信号分析的精准性。

6 超声波检测技术的局限性

将超声波检测技术应用到桩基检测作业中，一般情况下可以顺利地将混凝土内部结构存在的缺陷情况快速准确地检测出来，但受到技术条件的制约，其主要能够对两根声测管之间混凝土的状态进行检测，并评估、判定其完整性，难以对桩基扩径范围内结构存在的缺陷问题有效地检测出来。因而在桩基检测的实际工作过程中，超声波检测技术的应用具有不可忽视的局限性。技术人员在检测桩基部分混凝土的质量情况时，亦或是检测嵌岩桩、支撑桩的完整性时，均可以以使用超声波技术方法为基础，与低应变反射这一检测技术结合起来，通过检测获取桩端支撑数据参数后，再以桥梁工程桩基施工的设计标准和规范要求为基准，对桩基的承载性能是否达标予以精准判定。

7 结束语

在桥梁桩基检测作业中引入对超声波技术的应用，有利于提高检测工作的效率与准确度，也便于现场操作。与此同时，超声波的穿透性较强，符合大多数桥梁工程桩基检测工作的规范要求，确保技术人员可以获取更为真实、准确的数据结果，全方位把握混凝土结构中缺陷的范围、位置等具体情况。