浅析超声波无损检测技术在桩基工程中的应用

郑龙

摘要：本文在详细分析超声波无损检测技术原理的基础上，结合具体案例，探讨了桩基工程超声波无损检测技术的应用方法，可供参考。

关键词：超声波无损检测;桥梁桩基;技术原理

一、超声波无损检测技术原理

桥梁桩基工程多采用钻孔灌注桩，属于多相非均质材料，主要构成材料包括：水泥石、空气空隙、水等，因此，在使用过程中往往会产生各类缺陷，如空洞、疏松、裂缝、断桩等，大幅降低字星凝土声阻抗能力。

声波属于一种常见的弹性波，若混凝土介质为弹性体，那么在混凝土内声波的传播，可满足弹性波传播规律。超声波检测是声波由发射探头发射后，通过水的耦合作用，向测管传递，随后经桩身混凝土介质传播，并达到接收端的测管，随后再次通过水的耦合作用，传递到接收探头。因为液体、气体等不存在剪切弹性，仅做纵波传播，在桩基检测中超声波可采用纵波分量。

当桩身存在断裂、离析等缺陷时，将会对混凝土介质的连续性造成一定影响，导致声波传播途径更为复杂，声波不得不从缺陷处透过或绕过进行传播，相比直线距离，其传播路径增长，进而出现声时延长，波速降低的情况。简而言之，超声波无损检测就是根据混凝土声学参数测量值的相对变化，如声时、波幅、频率等，对其缺陷位置、范围等信息进行准确分析与判别，最终得出桩基混凝土质量类别的评定结果。

二、超声波无损检测方法

根据超声波换能器通道在桩基桩体的不同设置方式，可将超声波无损检测法分为不同的类型，常见的方法包括以下3类。

（一）桩基的桩内单孔透射法

仅在一个孔道内进行检测试验，当桩基工程钻孔取芯之后，为深入了解其周边混凝土的质量，采用单孔检测法更为直接、有效，通常情况下，可作为钻芯取样法的一种补充方式。单孔检测是指在一个孔内放置换能器，随后通过专用的一发双收式的换能器，抑或采用隔声材料在换能器之间隔离。

经发射换能器超声波在水的耦合作用下，传播至孔壁内混凝土表层，随后经一定传播路径，再次通过耦合水，向两个接收换能器传播，此时便可测量出超声波沿孔壁上的混凝土在传播过程中的所有声学参数。在具体检测中，必须做好信号分析，将各种干扰排除。此外，该方法不太适用于孔道有钢管的检测，在孔壁混凝土内钢管往往会出现绕行现象，采用此方法测量结果准确性难以控制。

（二）桩基的桩外孔透射法

若桩基内部未设换能器通道，抑或上面部分结构已开始施工，在紧贴桩基外侧部位的桩周围土层内钻孔，由此作为检测通道。在检测过程中，将一个较大发射功率的平面换能器摆放到桩顶面位置，此时，由桩外孔内按照“上一下”顺序慢慢将接收换能器放入，沿着桩身混凝土超声波可逐步向下传播，并从孔和桩之间的层面穿过，随后通过水的耦合作用，传播到接收换能器，这时便可将超声波的声学参数测量出来，同时根据信号变化情况，对桩基本身是否存有缺陷及缺陷位置等进行判断。

该检测法对桩长有一定要求，同时，在土内超声波的衰减速度较快，因此，仅能从大体上判断桩基缺陷问题。

（三）桩内的跨孔透射法

作为桩身质量检测最常用的一种超声波透射法检测形式，桩内跨孔透射法是指在桩上接（第336页）观：轮胎气压达到规定值。前桥、转向器及转向传动机构无松动、前减振器无漏油、左右悬架弹簧是不折断或弹力无减弱、悬挂弹簧固定可靠。用前轮定位仪检查前轮定位是否准确，进行调整。检查车架有无变形，若有变形，应校正。

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五、结论

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首先诚挚的感谢我的论文的指导老师，他在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的论文，同时也要感谢我身边的师傅、同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见。

参考文献：

[1]张立新，屈亚锋主编.汽车底盘电控系统检修[M].人民交通出版社，2016（12）.

[2]陈志恒，胡宁编著.汽车电控技术[M].高等教育出版社，2016（6）.内安设2根以上声测管，随后装满清水，并在声测管内分别放入发射和接收的换能器。通过发射换能器发射超声波，并连续从多根声测管之间的混凝土穿透，随后被接收换能器接收。声波脉冲由发射换能器到接收换能器之间辐射的面积即为有效检测范围。此外，这种检测方法可以更加细化，分为扇形扫测、水平测、交叉斜测等，可根据波形实际情况，准确判断桩身混凝土缺陷位置及其严重程度。

三、工程概况

本文以高速公路改线工程A特大桥某根钻孔桩为检测试验对象，检测桩长49.8m，桩径1.2m，声测管共设置3个，740mm为声测管间距，测试时，共测试三个测量剖面，即1-2、2-3、1-3。所有剖面测量间距均为25cm，从桩顶向下进行检测。因为测点太多，本文仅选取其中几个典型测点，分别为1-2测量剖面6.3m处、2-3测量剖面15.55m处、1-3测量剖面34.05m处，主要对各测点波幅、波形及频谱进行分析与探讨，具体情况如图1～3所示。

由此可知，1-2测量剖面6.3m处测点的波幅值为100.73dB，2-3测量剖面15.55m处测点的波幅值为101.16dB，1-3测量剖面34.05m处测点波幅值为98.96dB，可见测量剖面所有测点均具有较为平稳的波幅值，波形平顺，未见畸变情况。

此外，三个典型测点的主频值也基本一致，分别为1-2测量剖面6.3m处测点的主频值为48.83KHz，2-3测量剖面15.55m处测点的主频值为48.22KHz，1-3测量剖面34.05m处测点的主频值为47.61KHz，同样可认为各个测点的主频值无偏移情况。

选取其中一部分具有代表性的测定进行分析，其各項参数如表1所示，同时，可通过表2表示临界声速、临界波幅值情况，最终获取声速一深度曲线、波幅一深度曲线与PSD深度曲线。

通过表1、表2及所得深度曲线图，按照声速、波幅、PSD判据，可得出本检测桩符合Ⅰ类桩规定，此外，通过各测点波形及频谱图等综合考虑，最终确定本检测桩为Ⅰ类桩。

四、结束语

综上所述，超声波法是桥梁桩基完整性检测的主要技术之一，通过超声波法检测，可获取良好的效果。根据上述分析，可得以下结论：

1.为检测桩基完整性，详细阐述了超声波无损检测技术原理，得出超声波无损检测就是根据混凝土声学参数测量值的相对变化，如声时、波幅、频率等，对其缺陷位置、范围等信息进行准确分析与判别，最终得出桩基混凝土质量类别的评定结果。

2.根据超声波检测工作原理，简要说明了三种常见的检测方法，即桩内单孔透射法、装外孔透射法、跨孔透射法，要求根据工程实际，灵活采用相应的检测方法，从而取得良好的检测效果。

3.结合工程实例，将声速、波幅及PSD等作为检测的判据，得出该检测桩为I类桩，表明在桩基完整性检测中超声波无损检测法具有良好的应用效果。

参考文献：

[1]张志成.超声波无损检测技术在桩基工程中的应用[J].山西建筑，2018，44（33）：38-39.