桥梁桩基检测中混凝土超声波检测技术的有效应用

桥梁桩基检测中混凝土超声波检测技术的有效应用

潘永照

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摘要：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。

关键词：桥梁桩基检测；混凝土超声波检测技术；有效应用；

引言

在桥梁施工过程中，注入的混凝土桩往往存在质量缺陷，如坍塌、断裂、收缩、隔离等，严重影响了桩的承载力和桥梁上部结构的稳定性。为了确保桥梁工程施工的整体质量，有必要对桥墩进行无损检测，以判断其完整性。超声波检测技术目前是检测桥墩完整性的最精确检测技术之一，广泛应用于桥梁工程检测。

一、超声波检测技术的原理

在桥梁工程桩基结构成桩检测中，常用技术包括低应变检测技术、高应变检测技术、静荷载试验以及超声波检测技术。在利用超声波技术进行桩基检测时，超声波能够在介质中传播，并产生弹性振动，检测仪器可发出脉冲信号，发射探头能够将脉冲能量转化为机械振动，而接收探头能够将机械振动转化为电磁振动能量，介质水将发射的超声波进行放大和耦合，使其显示在检测仪屏幕上，进而形成波形曲线数据，检测人员通过对曲线变化形式进行分析，即可判断混凝土桩基结构内部缺陷和均匀性。在超声波检测技术的实际应用中。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。

二、桥梁桩基检测中混凝土超声波检测技术的有效应用

（一）严格按照设计标准制作声测管

在超声波检测技术的应用中，声波管是由源管等材料制成的。声波管制造过程中，应仔细检查和控制震源管壁厚、接头焊接质量等，严格按照设计标准，确保声波管内有足够的空间满足变换器的柔性要求。在声波管路安装链中，不能使用焊接方法，必须连接钢筋笼的主钢筋。在拆除过程中，可以选择铅线，并沿桩长每隔3米连接一次。对于主钢筋和声波管道之间的连接，可以使用点焊方法。

（二）校正换能器精度

超声波检测设备由换能器、数据采集装置等组成在应用所有类型的检测设备之前，必须先检测并连接设备参数。在实际检测中，可利用调速器试验检测声音和波形的精度，并按照桩设计标准对换能器的精度进行控制。如果检测条件允许，可以使用较重的转换器，确保转换器高度与放置操作兼容非常重要。

（三）科学选择采样频率

在检测和分析桩质量时，应选择适当的采样频率，对波谱特征进行科学合理的分析，提高波谱信号的精度，尽量避免频域和时域对波谱结果的精度产生不利影响。

（四）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。

（五）数据分析

使用分析软件处理检测数据，检查各桩的设计参数，输入检测仪器设备编号、检测单元编号，并重新连接检测管布局图；研究探测剖面上各测量点的波形，确定第一波的位置，获取振幅、声速、声速和PSD值分析，以确定各测量点是否存在异常，并根据探测规程得出探测结论。(1)声速试验表明，在声速失真的情况下，桩体有缺陷，混凝土强度不足。判断标准为:声速4500~ 6000km/s，表示混凝土质量优良；声速为3500 ~ 4500mm/s，表示混凝土质量良好；声速3000 ~ 3500公里/秒，表示混凝土质量差；声速低于3000公里/秒，这意味着混凝土质量非常差(2)振幅判断混凝土是否存在蜂窝、洞、分离等不规则现象。视第一波的振幅而定，当测量的振幅低于振幅阈值时，该区域可能被视为质量缺陷的可疑区域。(3)波形判断，波形是下一次发射超声的叠加，可作为声速、振幅和PSD判断的补充判断，保证堆栈质量判断结果的可靠性。(4)根据PSD判决书，PSD是深度曲线上两个相邻点连接坡度和声时差的乘积。当声音发生变化时，PSD会发生很大变化，从而更容易确定混凝土质量缺陷的位置。

（六）超声波波幅、传播速度及PSD参数评测

一旦某混凝土桩基检测点位判定为波幅异常且为缺陷待定区域，应利用更加精细的加密平测、扇形扫测或倾斜检测的等方式完成后续检测，利用波幅测算数据判定缺陷的准确方位和等级。如果超声波波幅、传播速率、深度曲线斜率等参数与临界值差距较大，应结合施工技术、波形等数据，完成混凝土缺陷等级和方位的确定。如果波速连续低于临界值，应借助钻孔取芯方式进一步测算混凝土强度参数。

结束语

超声波检测技术在桥梁桩基混凝土缺陷检测中具有一定的应用优势。混凝土质量缺陷的位置和范围以及可能的混凝土缺陷类型，应在检测桩身过程中根据对超声波相关声学参数的分析加以确定，并对桩身完整性进行全面评估，以确保桩身结果的可靠性和准确性。

参考文献

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