浅析超声波透射法在桥梁桩基检测中的应用

【摘要】桥梁工程中桩基是及其普遍的基础承载形式，因其高承载力和强抗震性，将桥梁上部结构的负载传递到土层中或者是岩层结构中，能够缓解桥梁的沉降，对于桥梁工程的稳定性具有重要的作用。因此做好桥梁桩基检测，对于日后的安全运行起着积极的作用。文章通过对声波透射法在桥梁桩基检测中的运用，简述了声波透射法的检测原理、方法以及声波透射法检测数据的分析，从中探讨桩基检测中的注意事项。

【关键词】超声波；桥梁桩基；检测；

为了满足经济的快速发展，交通基础建设近年来投入不断增大，越来越多的高速公路、一级公路、二级及以下等级的公路建设均在日益展开，根据云南的地理地形特点，公路建设中的桥隧比例占比较大，工程建设中涉及的桥梁建设占据了重要的地位。桥梁建设中，桩基是其主要的基础形式，鉴于桩基的承重作用，其质量好坏决定着整座桥梁在使用中的可靠性和持久性，与人民的生命财产密切相关，因此桩基质量检测显得尤为重要。在桥梁桩基检测个各项指标中，完整性指标较为直观反映桩基的施工质量，而在完整性指标检测方法中，超声波透射检测法目前来说是最有影响力和使用最为广泛的方法。对于桩基检测我们不仅想要知道桩基的缺陷是什么，并且想知道缺陷的具体位置，在这种要求的基础上，超声波法是非常具有推荐性的。完整性检测中，高低应变反射波法检测中存在采集信号受影响较多，信号分析难度较大，桩长长度有限，两个以上缺陷较难判断等缺点；钻芯法使用设备笨重、操作复杂、成本高；超声波透射法具有信号采集及分析干扰因素少、全面细致覆盖整个桩长、信号直观准确、便携检测快速等优点。

下面简要介绍超声透射法相关原理、方法以及相关分析数据。

一、超声透射法在桥梁桩基检测中的原理

考虑到检测物质的材质，像桥梁桩基这种混凝土结构，通常采用透射法，因此这里所说的超声波法在桥梁桩基检测中的原理指的是超声波透射法的检测原理。

超声波透射法检测的基本原理就是，首先需要有检测通道的设置，这就要在桩基内部首先预埋几根检测管，再在检测管中要安放发射探头和接收探头。检测仪器使用过程中会发射出周期性的电脉冲，通过发射换能器的压电体转换为超声脉冲，超声脉冲穿过待测的桩基混凝土后被换能器接收，然后转换成电信号，最终在仪器上显示超声脉冲波形及频谱、穿过混凝土所需的时间、接受波幅值、脉冲主频率等参数。综合所接收的数据，进行细致全面的分析，断定桩基内部是否存在的缺陷以及缺陷的主要性质和存在位置，以此为基础，混凝土的均匀性和强度等级我们就可以通过这些数据计算得出。

二、超声透射法在桥梁桩基检测中的检测方法

根据超声波发射和接收设备的位置的不同，分为对测、斜测和扇形测。在这些检测方法中，应用较多的是对测法和斜测法。

发射和接收设备置于同一高度进行检测的方法是对测法。这种检测方法的优点就是可以检查出竖直方向上的缺陷的位置和大小，但是同时它也存在一定的缺点。缺点就是只能检测出竖直方向的缺陷，无法准确测定水平方向上的缺陷位置。如果发射和接收设备不在同一高度的检测就是斜测法。它是作为弥补对测法中无法确定水平方向的缺陷而出现的，是对测法的重要补充。在实际的使用过程中，我们要保持发射和接收设备的高程差不变，然后对截面进行完全独立的两次检测。在使用过程中设备之间的高度和转换程度两个换能器的高程差越大就越能准确的测得水平方向上的缺陷。但是有个问题就是高程差越大的话，接收器的信号接收程度就会减少，这也会对判断造成一定的误差。所以必须在实际的检测过程中掌握好一个合适的高程差，减少失误到最低程度，发挥最大的检测效果。

三、超声透射法在桥梁桩基检测中接收数据的分析

从目前超声透射法在桥梁桩基检测中所得数据分析来看，现在有三种方法可取，首先是基于声速的数据分析，其次是基于波幅的数据分析，再次是PSD判据。作为三种方法的具体介绍如下：

1、基于声速的数据分析。我们要设置一个判定缺陷的标准V0，即用正常混凝土声速平均值与2倍声速标准差之差的关系，来判断我们所测定的位置是否有缺陷。如果在测定某侧测点时，Vi≤V0 ，那么就说明这一处是存在缺陷的。

2、基于波幅的数据分析。通过长期以来的试验研究，在众多的声学参数中，波幅是最能反映桩基质量的参数，是最具有代表的参数。波幅异常判断也是设定一个标准Am，即波幅平均值，根据这一临界值就能够判断桩身有无缺陷以及缺陷的程度。当某测点的波幅值Api

3、PSD判据。PSD（power spectral density 每赫兹的瓦特数 功率谱密度）判据突出对声时的变化，对缺陷的敏感度，减小了因声测管不平行造成的测量误差对分析的影响。对于由声速和波幅确定的异常区，可以结合PSD曲线分析，采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD在某测点附近出现明显变化时，应将其作为可疑缺陷区。

四、通过对于超声波透射法在桥梁桩基检测中的原理及数据分析，浅析相关注意事项

在实际的检测中，除了要熟悉理论基础外，更要结合实际情况，注意以下几个方面，以减少在实际操作中不必要的失误。

（一）、确定一般的分析步骤。首先以波速值进行概率统计法统计判断，得到低于临界值的异常点位置和深度，再分析振幅大小的变化，将上述两者都偏低的测点定位为异常部位；再进一步进行细测和斜测，确定缺陷的范围和大小；最后，根据施工情况综合判定缺陷的种类和性质，判定桩身完整性类别。

（二）、超声波透射法检测对桩基龄期的要求。原则上应满足28天，但有时根据工期紧的情况下，可适当缩短时间至14天，最短不得低于7天，且混凝土强度不小于15MPa。因为如果桩基龄期不符合要求，它可能会对信号以及超声波的波形造成影响，信号的传递可能就会发生变化，甚至造成信号减弱从而导致接收信息错误，波形缺失，无法得到准确的图像，对后期的分析产生重大影响。

（三）、超声波透射法对声测管的要求。考虑到混凝土的水化热作用及施工过程中外力作用较大，容易使声测管变形、断裂，影响换能器上下运行的畅通，以选用强度较高的内径50-60mm的金属管为宜；声测管是在混凝土施工之前埋入的，下端封闭、上端加盖、管内无异物，它的放置必须是平行安装，固定稳定，防止浇筑时移位，如果未形成平行势必导致声测管之间的距离产生变化，从而导致检测时的声时值、声速值产生较大误差，对最终的分析相关均方差、离散系数、平均声速结果形成连锁误差，影响最终的测量值；声测管的埋设数量与桩径大小有关，桩径D≤800mm埋设两根，800mm2000mm不少于4根。

五、结论

超声波透射法以其鲜明的特点，成为混凝土灌注桩（尤其是大直径桩）桩身完整性检测的一个重要手段，在工民建、公路、铁路、水利等工程建设领域得到了广泛的应用。在公路桥梁建设中更是运用广泛，日趋成熟，是桥梁桩基检测的重要方法，大大提高了现场工作效率，同时采用计算机软件进行数据处理分析缩短了整个后期数据处理时间，能够及时准确的提供科学客观可靠的数据参考依据，对于保证桥梁桩基的质量保障起着非常重要的作用。工程检测人员在实际工作中，必须认真查阅施工资料，结合每个工程的实际情况，严格操作规程，注意相关事宜，科学分析数据，确保超声透射法检测结果的准确度，为桥梁桩基工程施工质量控制提供严谨的评判依据。

参考文献：

[1]刘屠梅 赵竹占 吴慧明，基桩检测技术与实例

[2]陈凡 徐天平 陈久照 关立军， 基桩质量检测技术