桥梁桩基础的超声波无损检测技术分析

倪雷

（江苏省交通技师学院，江苏 镇江 212028）

1 前言

桥梁作为交通运输的重要组成部分，其安全性和可靠性对社会的运行至关重要。而桥梁的稳定性和承载能力则与其基础的牢固性密切相关，桩基础作为桥梁的重要组成部分之一，承担着桥梁自身和交通荷载的力传递功能。然而，由于桩基础深埋于土层中，其内部情况的检测和评估是一个难题。传统的基础检测方法如静力触探和动力触探等常规手段在实践中存在一些局限性，包括时间和成本的限制，以及对基础内部情况的有限了解。因此，需要一种非破坏性且能够快速、准确地评估桥梁桩基础内部情况的检测技术。超声波无损检测技术在桥梁工程领域得到了广泛关注和应用，该技术利用超声波的传播和反射特性，通过对桥梁桩基础结构内部的声学波的分析，能够获取有关结构的重要信息。与传统手段相比，超声波无损检测技术具有非破坏性、实时性、高分辨率和便携性的优势，能够有效地检测基础结构的缺陷、裂纹、空洞和锈蚀等问题。研究的目的是对桥梁桩基础的超声波无损检测技术展开深入的分析和探讨，对超声波无损检测技术的原理及其在桥梁桩基础上的应用进行了分析，并探讨了推进桥梁桩基础超声波无损检测的对策，期望能够为桥梁工程中的基础检测提供一种有效的无损检测方法，为桥梁结构的安全运行和可持续发展提供技术支持和保障。

2 超声波无损检测技术原理

当前，在桥梁工程中，所使用的检测技术有多种，其中超声波无损检测技术具有自身的特点。其具有自动化的特点，并且正在逐步走向专业化。因此，随着我国桥梁建设的深入，必须认识到我国桥梁建设的发展方向，并在今后的发展中，大力开展超声探伤技术的研究与应用。超声波无损检测技术主要是通过在空气中进行声波的传递、反射等条件转换，能有效地探测到目标，这样，就不会伤害到被测试者，发现缺陷等，确定缺陷的确切位置和数目。当前，超声波探伤技术已被广泛应用于航空航天、建筑工程等领域。它的检测原理是：超声波在外来物质中的传导。首先，在用超声波探测物体的时候，在一定区域内会发生超声，并且它能将由被测对象所产生的声源引入到被测对象中。然后，当超声波在试样中传递的时候，它与被测物体的材料以及被测物体的缺陷有关，因此，超声波的传送方向被改变了。然后，仪器将采集到这种改变后的超声信号，并将其传递给工作人员，让他们做进一步的分析，使得最后工作人员能够通过对超声探测特征的分析来判断被测对象是否有缺陷。

超声波无损检测技术的优势很多，例如，超声波无损检测技术在检测金属、非金属以及复合类材料时得到了广泛的应用，该方法穿透性好，能直接探测出宽厚范围内的目标缺陷。超声无损检测技术可对缺损进行直接定位，对大面积缺陷的准确率在30%以上，具有高灵敏度，可对面积较小的缺陷进行准确定位。超声波无损检测技术具有费用低廉、速度快、对周边环境无破坏等优点，更适合对工程质量进行监测。超声波无损检测技术也存在一些缺点，近年来，超声波无损技术在各种工程质量检测项目中都被有效地应用，具有诸多的检测优势，但是，对于复杂度高或形状不规则的对象，超声波无损技术并不能保证高精度。超声波无损技术虽能对被测对象进行有效的定位，但仍需对量化数据进行仔细的研究。另外，如果被测对象中含有晶体物质，这会影响最后的测试结果，如果采用人工脉冲法进行探测，同时，也会直接影响测试结果的真伪与精确度。

3 桥梁桩基础的超声波无损检测

3.1 超声波无损检测技术在桥梁桩基础中的应用

应用超声波无损检测技术在对桥梁桩基础进行检测过程中，需要对桩基础的承载力和完善性进行检测，具体过程如图1 所示。

图1 超声波法对桥梁桩基础无损检测的过程及方法

国内外对桩基础承载能力的超声波无损检测技术主要采用静荷载试验法和高应变动测法两种方法。前者指的是在测试桩的纵向承载力时，将静态荷载加到桩的顶端，根据检测得到的PS 曲线参数的特点，对桩基承载力进行判断，以便对桩基础的施工质量进行更精确的检测。然而，因为静荷载试验方法的试验耗时较长，费用高，在工程实践中，由于桩基础的设计安全系数较高，所以很难获得精确的桩基础测试结果。后者用于检验机械结构的完整性及单个桩身的纵向承载力，在检测期间，锤子的质量大于桩的质量，以自由落体的形式砸在桩基的顶部，根据桩基顶部产生的超声波，对对应的动态系数进行判定，并在此基础上，对桩基础承载力进行了计算与分析。在桩基完善性检验中，最符合这一要求的是低应变动检测技术。这种方法是在桩的顶端加上一个很小的振动能量，使桩基与周围土壤发生共振。当土壤发生共振时，利用适当的仪器和设备，对桩基顶上震动的速度进行检测，并利用超声波振动原理与阻挡理论，对超声波所反映的数据参数展开分析计算，接着，对桩基整体的施工质量与桩基的完善性展开分析，评价桩基施工中的承载力。为了检验桩的完整性，也应采用超声波透射法。超声波透射法则，它应用了超声波在混凝土中的传播声学理论，探测传播的声学参数。比如，对桩基声波传导中的声速、音频、振幅甚至频率进行检测，能看到它的变化，也能看到它的传导状况，从而对桩基内混凝土的完善性与持续性乃至断层进行准确的分析。

在使用超声波探伤桥梁桩基础时，应当按照对应的步骤进行。首先是声测管预埋，再进行检测，具体过程如图2 所示。

图2 桥梁桩基础的超声探伤程序

由图2 可知，在用超声波探桩时，在桩基础上埋设声测管道，在桩的直径不到1.5m 时，埋设了3 个声测管。如果被测桩直径大于1.5m，至少预埋4 根声测管。另外，在对声测管材料的选择上，应选用螺纹接头，所用的声测管内径应比换能器的外径大1.5cm。在捆扎声测管时，应该采用的捆扎方式尽量与钢筋笼一样，并同时保证声测管底端处于封闭状态。桩式换能器的选取，要以桩的直径为依据，并设定适当的参数，一旦设置好了，就不能随意改变。另外，在检验同一桩的时候，也要确保电压不发生改变。在安装换能器时，它可以放置在声测孔的上面或者下面，并保证在传输过程中保持同步，在不同的位置上测量并记录测试结果。在测量过程中，传感器的位置应该在任何时候进行校正，并且应该保证前、后两个测点保持在250mm内。而且，在互相测量的过程中，信号的发送和接收必须是同步的，如果出现了不同步的情况，就必须立即纠正。测量点的距离应控制在0.2 ～0.5m，若出现异常情况，应进行加密。测试结束后，应对桩基进行再次测试，对其进行抽样，并保证其在相对稳定的范围内。对研究采用的超声波无损检测技术应用效果分析，结果如图3 所示。

图3 桥梁桩基础的超声波无损检测效果分析

通过图3 可以看出，研究采用的超声波无损检测技术和常规的桥梁桩基础检测方法相比，前者的检测准确率更高，检测速度也更快，且对桥梁桩基础的损坏率接近于0。研究方法和传统方法的准确率分别为97.3%、91.2%，损坏率分别为0.1%、2.5%，速度分别为152m/s、119m/s。

3.2 推进桥梁桩基础超声波无损检测的对策

应用超声波对桥梁桩基础进行无损检测，能够在对桥梁桩基础运行状况检测的同时，不对其产生伤害，可以推进这一检测技术，也促进桥梁工程的发展。推进桥梁桩基础超声波无损检测的对策主要包括3 方面的内容：（1）借助现代科学技术实现工业检验技术的突破。就我国目前的情况来看，大部分桥梁的检测技术都是从国外引进的，其中包括超声波无损检测技术，这就增加了技术的使用成本，使得该技术的推广需要大量的资金，严重制约了该技术的发展。因此，要想使超声波无损检测得到更好的发展，必须不断地改进和完善科技成果，才能使超声探伤技术得到更大的发展。（2）需要完善行业检测的内容。桥梁工程是一个由点、线、面组成的一项系统工程，其内容很多，范围也很广，一般都有不同的构造。目前，超声波检测技术只应用在道桥工程中很小的一部分，还有很多新的检测技术需要深入研究，并将这些检测技术应用到道桥工程中的各个方面。（3）应该加强行业队伍的建设。不管是什么行业，它的团队的整体质量都会极大地影响整个施工过程中的质量和水平。因此，要想在今后的桥梁建设中推进超声波无损检测技术的应用，就必须提高工作人员的素质，强化队伍的建设。

4 结语

因为在施工的过程中，桩基础很容易受到施工工艺、工程地质条件等多个因素的影响，从而导致桥梁桩基础出现断裂等问题，这些问题不仅会对桩基础的承载能力产生影响，还有可能导致工程安全事故的发生。因此，必须加强对桥梁桩基础的检测管理工作，特别是对桩基的无损检测技术，这样可以方便地对桥梁桩基础的结构状况进行评估，从而保证桩基工程施工的质量和桥梁工程整体结构的安全可靠性。研究在对超声波无损检测技术进行分析的基础上，展开了应用及其推荐措施的研究，进而推动桥梁建设的快速发展和进步。后续研究将对超声波检测技术的效果进行分析，并和其他方法进行比较，以检测其无损检测的效果。