超声波法在桥梁桩基检测中的运用

赵辉

山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司） 山西太原 030016

1 工程背景分析

某一座桥梁工程，桩基工程主要选用钻孔灌注桩，桩长为75m，桩径为2m，预埋3根声测管，针对桥梁桩基的施工质量，本工程选用超声波检测技术对其进行无损检测。因为本桥梁工程的施工工期非常紧张，在桩身混凝土灌注完成后第4d，便利用超声波检测技术检测桥梁桩身的质量，根据检测结果可知，仅能够接收到非常弱的信号，波形衰减情况非常严重，混凝土龄期严重影响超声波检测结果。考虑到超声波检测质量要求与本桥梁工程紧张的施工工期，在桥梁桩身混凝土灌注结束10d后需要进行第二次超声波检测，获得良好的波形，接收到的比较强的信号，桩基混凝土灌注施工质量良好[1]。

2 超声波检测技术的基本原理与超声波检测设备

2.1 超声波检测技术的基本原理

在对桥梁桩基质量进行超声波检测过程中，针对桩基混凝土结构，超声脉冲会向其发射高频弹性脉冲波，然后利用高精度接收系统，接收与记录桩基混凝土结构内脉冲波的波动特性与整个传播过程。因为桩基混凝土属于多相非均质结构，声波在这种结构中的传播速度是具有规律性的，假如声波传播路径中出现缺陷问题，如夹泥、孔洞、密实度差异、裂缝等，在这种情况下，声波便会以不同的传播速度通过或者绕过各种介质，进而会出现一定程度的衰减，改变传播时间与降低传播声速，同时波形会发生畸变、波幅会出现缩减。如果混凝土结构不连续或者出现破损时，便会产生波阻抗界面，让脉冲波传递到波阻抗界面时，便会产生波反射与波透射现象，会对接收的透射波能量造成一定的降低；如果混凝土结构中存在蜂窝、松散、孔洞等缺陷时，脉冲波便会出现绕射与散射现象。

2.2 超声波检测设备

（1）声测管。在进行超声波检测过程中，为获取精准的超声波检测结果，需要在施工图纸中注明声测管的布设形式与预埋方式，同时根据桩身检测控制面积、桩横截面布局，对声测管的埋置数量进行严格控制。

（2）径向振动换能器与超声波仪。在本桥梁工程中，通过选用径向振动换能器，以发射与接收纵波。另外，在本次超声波检测过程中，为有效检测桩身材料物理力学性能、桩基完整性情况、混凝土缺陷情况等，选用了ZBL-U520便携式超声仪。

3 桥梁桩基质量检测分析

3.1 超声波检测的前期准备

在对本桥梁工程的桩基质量进行超声波检测之前，需要做好前期准备工作，包括收集与调查相关技术资料，对桩基混凝土灌注施工技术与常见施工问题进行深入了解等。当混凝土灌注桩强度龄期达到14d以后，方可对桩基混凝土进行超声波检测。通过选用大直径换能器的圆钢来疏通声测管，同时测量声测管的内径与外径大小，测量相邻声测管外壁的间距，测量精度误差不得超过1mm。

3.2 超声波检测过程

在对桥梁桩基混凝土灌注桩进行超声波检测过程中，换能器一定要以相同标高进行同时下降与上升，同时需要对换能器的深度位置进行随时校准与调整，一定要保证相对高层误差累计值不超好20mm，以避免因高程误差偏大而大测试误差。在进行超声波透射法检测时，一定要严格控制波幅与声时，与声时相比，混凝土结构内部缺陷波幅更加敏感，波幅是一个相对量，根据波形的起跳点情况来确定声时。通过进行常规的超声检测，能够得到桥梁桩基灌注桩沿桩长方向大致的质量分布情况，通过采用CT层析成像技术与专业分析软件，能够加密细测与定量分析重要部位或者局部可疑部位。如果在一个灌注桩中设有不少于3根声测管，在这种情况下，需要将每两个声测管视为一个测试剖面，同时保证检测参数与检测系统状态的一致性[2]。

3.3 超声波检测数据分析与缺陷评定

（1）声速的判据。声速是混凝土材料的一个基本物理量，声速大小主要取决于混凝土强度的大小。如果检测剖面声速的离散性比较小、声速值比较低，在这种情况下，需要进行相同条件下混凝土试块声速与预留抗压强度比较试验，同时对桥梁工程所在区域的实际经验进行有效结合，以精准判定声速低限值。其中，针对与声速低限值相对应的混凝土强度，不得低于应设计强度的90%；针对与声速低限值相对应的钻孔芯样试件的混凝土强度，不得低于应设计强度的85%。在本桥梁工程中，桩基混凝土灌注桩的声速离散系数的检测值是3.8，桩基均质性的等级是A级，表明桥梁桩基未出现质量缺陷问题。

（2）波幅随桩深变化曲线的判据。波幅平均值减6dB作为波幅临界值。与波幅临界值相比，如果波幅实测值偏低，则需将其判为疑似缺陷区域。因为波幅是相对量，再加上桥梁桩基混凝土结构具有显著的变异性，所以难以确定波幅的统计规律。

（3）PSD值的判据。在进行超声波检测过程中，主要选用斜率法进行异常辅助判断，也就是说当某一个测点附近的PSD值发生明显变化时，在这种情况下，需要将其作为疑似缺陷区域。根据桥梁桩身混凝土缺陷程度、是否存在缺陷问题、桩身混凝土的均质性等，桥梁桩身混凝土结构完整性大致可以划分为4种类型，分别为I类桩、II类桩、III类桩、IV类桩。在本桥梁桩基工程中，各个桩基混凝土声测剖面测定的PSD值都是稳定的，全部声测剖面测点出的波幅与声速都高于临界值，波形正常，最终判为I类桩[3]。

4 结语

综上所述，在桥梁桩基检测中，超声波检测技术是一种重要的检测方法。超声波检测技术具有多种优势，包括便于操作、测量精度高等。因为桥梁混凝土灌注桩比较复杂，在采用超声检测技术来检测桥梁桩身混凝土离析情况与桩身断桩情况时，需要选不同的判据来检测与判断不同测点的质量。如果各个判据检测结果均满足要求，表明该测点的桩身的质量是完好的，假如任一判据检测结果没有满足质量要求，表明该测点桩身存在质量缺陷问题。