桥梁桩基检测中混凝土超声波检测技术的有效应用

石鹏

（北京建业通工程检测技术有限公司，北京 100000）

0 引言

桩基结构是保障桥梁工程长久、稳定发展的关键，通过对桩基抗震性能、强度、耐久性等方面的严格把控，确保桥梁上部荷载能够以桩基为载体实现有效传递，避免因荷载超标影响桥梁运行的稳定性。但在桥梁工程建设过程中，桩基施工质量控制受到地质条件、施工技术、环境条件等方面的综合影响。为此，需借助超声波技术做到对桩基结构全面、精准的测量，对加强桥梁工程施工质量控制有着重要影响。

1 超声波检测技术的应用意义

桥梁工程能否稳定、可靠运行受到桩基结构的直接影响，作为桥梁工程的基础构成部位，强化桩基施工质量的控制已然成为路桥单位的重点关注问题。不同于其他项目，桥梁工程面临更为复杂、险峻的施工环境，且复杂的地质条件增大了桩基施工的难度。同时，桩基施工因环节隐蔽，增大出现质量问题与缺陷的概率，为避免质量问题威胁桥梁工程的运行，需通过桩基检测工作来消除质量隐患。得益于超声波检测技术的应用，可为桩基质量控制提供更为精准、客观、全面的依据。借助相关技术设备对桩身进行完整检测，为检测人员提供更为全面的数据信息。鉴于此，为进一步强化对桩基结构的质量控制水平，需重视对超声波技术的引进与应用，提供更为精准、全面的数据信息，作为桩基施工优化的依据，避免因质量隐患的存在影响桥梁工程的运行。

2 超声波检测技术的原理

超声波检测技术具有快捷、精准、高效等优势，在工程质量检测领域得到广泛应用。在现阶段桥梁桩基结构检测中，超声波技术应用原理主要体现为：检测仪内部发射源运行后，会以混凝土结构为载体进行弹性脉冲声波的发射，混凝土内部声波的传播过程会被仪器接收系统记录，通过脉冲声波特性的分析来确定桩基的内部质量。通常情况下，无质量问题的桩基在传递脉冲声波时呈现出相对规律的传递特性，若桩基内存在截面损坏或不连续现象时，脉冲声波在缺陷的影响下出现传递阻抗的情况，传递至该截面的声波会由规律的传播特性转变为无规律的反射或透射，使仪器接收的信号表现出低能量、无规律的特性。同时，声波反射、投射情况受到桩基结构内部情况的直接影响，若桩基内部松散、蜂窝麻面问题严重，意味着脉冲产生的投射与反射现象更为明显。检测人员可通过对声波接收时间、能量衰减、频率变化等方面的计算分析来判断桩基结构内部情况。混凝土结构组成涉及砂石、水泥、水等原材料，在超声波检测期间，脉冲声波会在混凝土多相、非均质体的影响下将传播速度控制在一定范围内，若桩基内部存在裂缝、夹泥、断裂等问题，声波在传递期间的传播时间、传播速度、波幅、波形等参数均会产生一定程度的变化，即通过上述参数变化的分析来判断桩基质量是否控制在预期范围内。

3 超声波检测技术在桥梁桩基检测中的应用

3.1 准备工作

在桩基检测中，为了发挥超声波技术的最大作用与效能，需在检测前做好准备工作。在实际工程检测作业期间，准备工作包括：

其一，声测管预埋。桩基质量检测效果受到声测管应用的直接影响，所以要求检测人员严格按照相关规定进行声测管埋设。对于声测管埋设数量控制，可以桩基直径为基准，若桩基直径处于≯1.5m 范围内，声测管埋设数量在3 根左右；若桩基直径处于≮1.5m范围内，声测管埋设数量需控制在4 根左右。同时，保证声测管的选择符合桩基检测要求，为避免出现损坏、破损问题，尽可能以金属声测管的应用为主。在连接声测管时，可采用螺纹连接法来保证质量，以换能器外径为基准，将声测管内径控制在＞1.5cm。另外，为加强声测管的固定效果，可采用绑扎结合钢筋笼的形式实现。依据对桩基检测要求的分析，结合相关措施应用对声测管顶部进行封闭处理，以桩基为基准将管口长度控制在＞30cm。

其二，设备仪器检查。为避免因设备出现故障影响桩基检测质量，要求检测人员在准备阶段进行设备的全面检查，通电后测试各设备、仪器是否处于稳定运行状态。同时，在检测期间重视对超声波检测延迟的校正，并检验超声波传播时间修正值是否符合检测要求。

3.2 界定标准

目前，对于桩基检测工作我国早已出台相对完善、明确的技术规程，要求检测人员在检测期间严格遵循相关规程、规范。在桩身内部缺陷分析时，可通过对超声参量、波形特点等方面的分析来准确评估，并以标准规程为参照做到对桩基完整性等级的正确、合理划分。其中，针对不同类型桩的界定，具体表现为：

其一，Ⅰ类桩。此等级桩基界定标准主要是外观形态相对完整，不存在负面问题对桩基功能造成影响，桩身不存在明显缺陷、波形异动不明显、波幅处于可控范围内等。

其二，Ⅱ类桩。此类桩基的界定标准主要是桩基外观形态相对完整，缺陷问题不会对桩基功能造成影响，桩身可在波形正常的前提下保持稳定运行状态，波幅值未超出标准。

其三，Ⅲ类桩。此类桩基的界定标准主要是桩基部分缺陷较为明显，桩基承载力在相关因素的影响下明显下降，波形变形情况较为严重，且波幅值相较于临界值明显更低。

其四，Ⅳ类桩。此类桩基的界定标准为桩基功能受到较大程度的损害，桩身外观缺陷十分明显，桩基承载性能受到缺陷影响显著下降，且波幅值、波形超出预期标准范围。

3.3 桩身检测

桩身检测前确保准备工作全部完成。在实际检测过程中，需将换能器按照要求安设于扶正器上，以预先设置的声测管为载体进行扶正器的放置，在放置时需注意声测管内扶正器可处于自然升降的状态。检测前，检测人员再次进行检测仪参数调整，以确保后续检测作业不受噪声的干扰，有助于提升声波信号接收的信噪比，避免因噪声过大导致显示器中波幅的体现受到影响。在检测期间，以0.2m 或0.5m 为基准进行测点间距控制。需注意，若桩基部分区域存在超声波特性大幅度变化的现象，需按照要求适当增加检测点，以确保桩基缺陷得到全方位的检测。同时，对于换能器的安设，需以同一高度放置接收与发射换能器，或者是以相差高度定值为基准来放置换能器，以避免检测结果的精准性受到高差变化的影响。另外，需加大对检测过程的控制力度，要求检测人员遵循自下而上的原则，加强约束自身的检测行为，并重视对不同点位超声波情况变化的观察，具体参数包括波幅、声波频率、传播时间等。在检测期间，还需第一时间记录存在较大异常的波形，对该区域增设检测点，并视情况合理采用双向斜测、平测、扇形扫测等方法来提升装机测量的精准性。对于不同检测方式的应用，具体流程表现为：

首先，平测。做到对发射换能器、探测仪、接收换能器、声测管的同步升降，确保整体测量效果符合预期要求。

其次，斜测。分别以不同高度为基准进行换能器的放置，同步升降处理后进行换能器检测点声参量的采集与分析，借助斜测方式对缺陷范围进一步界定。

最后，扇形测。主要是以固定高度进行发射换能器的放置，并以扇形为基准进行另一个测线的布置。需注意，各检测点在扇形测量中对于测距的控制存在一定不同，尽管可对于波速参数进行对比分析，但幅度测量值无法进行比对分析，其缺陷的判断需以相邻检测点测值变化为主。此外，在桩基检测中，涉及多根测量管的应用。为加强对桩基检测质量的控制，在检测期间，要求检测人员以两根为一组规范化开展检测作业。

3.4 随机检测

为进一步加强对检测结果准确性、客观性的控制，要求检测人员在声测管全面检测后开展随机性检测。为避免在随机检测时浪费大量人力、时间，需按照相关要求将桩基随机检测的数量控制在总桩基的10%～20%之间。在随机检测期间，检测人员需对两次检测结果进行相对标准差的控制，以声波波幅偏差10%以内为基准判断检测是否合理。若在随机检测后发现两次检测结果存在偏差过大的现象，要求检测人员再次对目标区域进行检测，直至检测结果处于标准范围内位置，通过随机检测来加强对检测结果精准性的控制。

4 应用超声波检测技术的注意事项

为了进一步加强对超声波检测结果精准性、客观性的控制，在桩基超声波检测时需注意以下几点。

其一，加强的声测管埋设质量的控制。检测人员需注意埋设声测管时，以对称、平行的原则来控制声测管的埋设位置，且保证声测管内探头伸缩的顺畅性。严格按照规定要求进行声测管埋设数量的控制。

其二，在桩基检测中，需确保被检桩混凝土强度不低于设计值的70% 且不小于15MPa。在实际检测期间，要求检测人员在检测前按规范要求进行桩头开挖。需注意，桩头处理时切勿对声测管造成影响，尽可能保证声测管内部在桩头处理时不出现杂质、残渣掉落的现象，禁止将水泥砂浆注入声测管，避免声测管内探头伸缩受到影响。

其三，波形频谱采集后按相关要求进行分析处理，其中各频率分量的波形幅度均需得到针对性的分析计算，其中主频率的确定以幅度最大为基准。在实际分析处理中，波形截取需考虑到不同波形长度，通过对频率曲线的不同获取来提升结果分析的准确性。在分析频谱曲线时，要求检测人员将漏波、分辨率加入分析指标，判断检测结果精准度是否受到上述因素的影响。

其四，在桩基检测作业期间，要求检测人员做到对波形频谱特征的一次性获取，并结合现场情况做到对桩身测区的合理选择，以确保桩基桩身上检测点的均匀分布，进一步加强对桩基检测结果精准性的控制。

其五，尽可能保证钢筋笼与声测管之间捆绑的牢固性，为避免对声测管造成损坏和影响，要求检测人员在连接主筋与声测管时采用铅丝捆绑，以间隔3m为基准，进行钢筋笼主筋与声测管的紧密捆绑。焊接处理位置为管口接地位置，并结合铸铁管接头的应用来加强对声测管的防护。

5 应用超声波技术的工程检测实例分析

结合工程案例对超声波检测技术应用进行分析，具体表现为：

案例1：某项目桩基为嵌岩桩，经测量计算得知桩长控制在20m 左右，借助超声波检测技术进行桩基测量。结果表明以桩顶至桩底整个范围为基准，各检测阶段剖面声速值、波幅值均未有明显异常，桩身并无明显缺陷与异常，参照界定标准判定为I 类桩。同时，借助取芯检测方式对桩基进行质量检测，结果显示桩身整体范围内胶结无异常，故判定该项目桩基符合预期质量控制要求。

案例2：某项目桩基为嵌岩桩，经测量计算得知桩长约为17m，为实现对桩基质量的精准测量，该项目利用超声波检测技术进行桩身整体检测。结果显示桩底部位截面的声速值、波幅值相较于临界值明显更低，且桩身存在较为明显的缺陷，PSD 值超过规定范围极限，且波形呈现出异常变化，参照界定标准判定为Ⅲ类桩。采用取芯检测方式进行桩基质量检测，发现混凝土胶结情况未达到预期要求，且桩底部分存在混凝土离析情况，故判定桩基质量控制未达到标准。

6 超声波检测技术的局限性

目前在桩基检测中，超声波技术的应用十分常见，能够对桩基缺陷进行有效的检测。但在混凝土检测期间，应用超声波检测技术只能对两根声测管间进行完整性检测，对于桩基扩径混凝土缺陷难以做到精准、科学检测，所以超声波检测技术在桩基检测中的应用仍存在一定局限性。为确保桩基得到全面检测，可针对不同检测目标采用不同检测技术，如在桩基混凝土质量检测中应用超声波技术，而对于嵌岩桩完整性的检测，则可视情况采用低应变反射法+超声波检测的形式，为桩基质量、性能等的判断提供科学参考。

7 结语

综上所述，桩基检测是否合理与桥梁工程整体质量的把控之间存在密切关联。鉴于此，为进一步提升桥梁桩基检测的有效性，需在明确掌握现场情况的前提下，做到对超声波检测技术的合理、规范应用，严格按照相关要求来规范各检测环节，提升检测结果的精准性、客观性，为加强桥梁桩基施工质量控制提供参考。