超声波法在桥梁基桩检测中的应用

2018-03-28方锐

四川水泥 2018年11期

方锐

（四川金通工程试验检测有限公司 610000）

近年来，随着我国社会经济水平的不断提高，我国公路建筑工程得到了快速的发展，其建筑方式也逐渐发生了改变。基桩作为桥梁的基础，主要起着承载桥身的重量，并将其荷载有效传递到下层的土层或者岩层结构，提高桥梁的稳定性并缓解桥梁基础沉降的作用。因而，基桩质量的好坏直接影响着整个桥梁质量的好坏及其安全性。然而，由于受到工程地质条件、施工人员技术水平以及施工材料等因素的影响，对桥梁基桩工程的质量很难进行有效的控制，缩颈、断裂以及混凝土离析等问题时有发生，极容易影响基桩的承载能力，引发桥梁安全事故的发生。因此，在日常的施工过程中，为了保证桥梁基桩的质量，一定要做好桥梁基桩的检测工作。超声波检测法作为一种具有较高精确度的检测方法，已经被广泛应用于桥梁基桩的检测。因此，本文就超声波法在桥梁基桩检测中的应用进行具体的介绍，希望能够为相关工作人员提供一定的参考。

1 超声波法的基本原理

超声波法根据其传播方式以及接收方式的不同，可以分为超声波透射法以及超声波回波法。超声波回波法主要适用于较为均匀的材料介质，例如金属材料等，其介质基本不会对超声波产生影响或者阻碍；而超声波透射法对材料的介质没有要求，对于混凝土或者钢筋非均匀的材料仍然可以进行测定，因而对于桥梁基桩的检测普遍采用超声波透射法进行测定。

超声波透射法的基本原理为：首先在基桩的内部安装一定数量的声测管，并在声测管内部安装能够发射以及接受超声波的探头，将声测管内灌满清水作为耦合剂。通过探头发射超声波脉冲信号，在经过需要检测的基桩后，接收器会将接收到的超声波脉冲信号显示出来，相关检测人员可以通过超声波脉冲信号时间的长短、频率、波动幅度的大小以及形状频谱等数据对基桩混凝土的充实情况、以及离析、蜂窝等的具体位置进行确定，进而判断桥梁基桩的总体强度以及均匀性[1]。

2 超声波透射法的类型

根据发射与接收设备的高度以及转换程度的不同，可以将声波透射法分为平测法、斜测法以及扇形扫测法三种。在桥梁基桩检测中应用较为广泛的是平测法以及斜测法。

2.1 平测法

平测法的发射器以及接收换能器始终在同一标高上，因而平测法可以确定基桩垂直方向上缺陷的大小以及严重程度，对水平方向上缺陷的部位不能进行确定。因而，平测法水平方向的缺陷需要通过斜测法来进行弥补。

2.2 斜测法

斜测法在对基桩进行检测时，其发射器以及接收换能器不在同一个标高上，而是采取一个固定的高程差对剖面进行。高程差越大，其所测得的基桩水平方向上的缺陷就越精确，但是如果高程差过大，测试信号就更容易被其他信号所干扰，从而对其测量结果造成影响。因而，采用斜测法进行基桩的测量时，需要结合具体的实际情况选择合适的高程差，从而得到最为精确的检测结果。

2.3 扇形扫测法

扇形扫测法对基桩进行检测时，一个换能器固定在某一个高程不动，而另一个换能器进行逐点移动。由于各个测点之间的测距均不相同，使得其测线呈扇形分布。当桩顶或者桩底等无法进行斜侧法的部位，或者为了减少换能器的升降次数，对可疑点的异常情况进行核实并确定其纵向范围时主要采用扇形扫测法进行测量。

3 超声波法检测流程

3.1 准备工作

3.1.1 预埋声测管

对于直径小于等于1.5m的基桩，一般应埋设三根声测管，而对于直径大于1.5m的基桩，一般需要埋设四根声测管。声测管应尽量选择金属管，管与管之间应采用螺纹进行连接。此外，声测管的内径应比换能器的外径大1.5cm以上。

3.1.2 仪器设备的检查

在对基桩质量进行检测之前，应首先对声波测试仪、换能器以及显示系统等各个检验仪器设备进行检查，确保其通电后能够正常使用。此外，还应对检测过程中的延迟时间以及声时修正值进行相关检测。

3.2 检测流程

首先将发生以及接受换能器置于声测管中并确保其能够进行正常的升降。接着对检测仪器的具体参数进行调整，保证接受信号的较高信噪比。将发射以及接受换能器设置在同一标高或者固定高程差后，即可从声测管的底部自下而上的对超声波的波幅以及接受波的频率等相关参数进行测量。对每组声测管检测结束后，应随机抽取10%-20%进行重复性的测试，尽可能将声时相对标准差控制在5%以内，波幅相对标准差控制在 10%以内。如果声时或者波幅存在明显的异常应进行重复性测试[2]。

3.3 数据处理

数据处理主要包括分别基于声时、波幅以及声时-深度曲线的三种数据分析方法。

3.3.1 基于声时的数据分析

通过平均值与声时 2倍标准差二者之间的临界值来判定桩身是否存在缺陷。如果某已测试点的值大于总和的临界值，那么可以确定这一测试点存在缺陷。

3.3.2 基于波幅的数据分析

波幅是最能够反应基桩质量的参数。根据接收到的超声波信号波幅平均值的二分之一就能够判断桩身是否存在缺陷以及其缺陷程度。如果某个测试点其测定值大于所有测定值之和的二分之一，即可确定此测试点处存在缺陷。

3.3.3 基于声时-深度曲线的数据分析

基于省时-深度曲线的数据分析也成PSD法。通过选取声时-深度曲线相邻测点的斜率与两点声时差值的乘积做为临界值。如果某一测点的PSD值大于断桩处或者全断面处的临界PSD值，则可以确定此测试点存在断桩。

4 超声波法的优点以及技术缺陷

4.1 技术优点

做为一种桥梁基桩完整性检测的无损检测方法，超声波法其检测仪器较为轻便，同时具有较强的抗干扰能力，其测量结果准确度较高，而且测量时间短，已经被广泛用于基桩完整性的测量。

4.2 技术缺陷

首先，超声波法的检测过程需要预埋声测管，预埋声测管不仅较为复杂，而且其预埋位置等对测试结果具有很大的影响。其次，桩身混凝土的龄期对声测结果也会产生较大的影响；此外，超声波法只能确定声测管之间混凝土的缺陷情况，对于桩中心的较小缺陷、庄周的局部缩颈以及扩颈等缺陷并不能进行准确的测[3]。

5 超声波法进行检测时的注意事项

5.1 声测管安装

首先，施工单位应采用管壁厚度大于3mm，内径为43-60mm的钢管作为声测管，在声测管的安装、施工过程中，应做好对声测管的保护从而防止声测管变形造成的影响；另外，在检测工作开始之前应对声测管进行探测，对于堵管现象要及时进行疏通从而防止声测管堵塞对检测仪器以及测量结果造成的影响；此外，声测管要采用平行方式进行安装，要确保声测管连接、固定牢固，如果出现斜管，一定要对斜管数据进行修正，从而避免影响测量结果。