桥梁混凝土桩基检测中超声波检测技术的应用

罗宏

（中铁一局集团有限公司第三工程分公司，陕西 宝鸡 721000）

1 引言

我国提出了大力发展交通事业以提升现代化建设的战略举措。在交通工程建设中，打造更加安全可靠的现代化桥梁成为建设施工中的重要一环，无论是在城市立体交通建设中还是在中西部山地丘陵地区的交通设施建设中，桥梁施工技术都被广泛应用，因此，研发现代工程检测技术是提升桥梁建设质量水平的重要路径，对我国现代化建设事业具有重要意义，其中的超声波检测技术可以高效地对桥梁桩基质量进行检测，从而更好地保障现代化桥梁工程的施工质量。

2 使用声波透射技术进行桥梁桩基检测的方法

使用声波透射技术进行桥梁桩基检测的3种方法分别是：桩内单孔透射法、桩外孔透射法和桩内跨孔透射法。

2.1 桩内单孔透射法

该方法往往作为钻芯检测的一种补充手段使用。所谓桩内单孔投射法，就是在桩基内部预留1个单孔，在孔中安装1个换能器，换能器同时拥有发射装置和接收装置，在进行检测时，通过添加隔音材料对整个系统进行内部隔离，换能器发射超声波后，超声波通过耦合剂穿透到混凝土中，最后返回到不同接收器上，通过获得的声学参数可有效测量混凝土桩基的内部结构。需要注意的是，当桩基内部有钢管时，会严重干扰测量效果，因此，该方式不能应用于有钢管结构的混凝土桩基测量中[1]。

2.2 桩外孔透射法

桩外孔透射法适用于没有换能器孔洞结构的桩基测量中。在测量时，可选择在桩基外部土层中钻取1个测量孔进行测量，整个系统同样具有发射换能器、接收换能器和声波检测仪3个部分，安装时，要将发射换能器贴合在桩基顶部，在钻取的孔洞中放置接收换能器，这样接收到的声波是通过桩基混凝土和土层的声波形态。

该方法操作简单，且不会对桩基造成破坏，但在实际操作中发现，声波在透过土层时衰减速度很快，因此，该方案对发射器的功率要求较高，且不适合长桩基的测量，在检测方向上，也只能用于判断桩基是否出现端桩、缩颈等问题，若灌注桩剖面不规则，便会大大增加测量误测率，因此，该方法需结合测试需求酌情选择[2]。

2.3 跨孔透射法

跨孔透射法是超声波透射检测法中最主要的一种检测方法，该方法需在桩基内部预埋2根声测管，测量时在管内注入清水，并在两管内分别放入发射换能器和接受换能器，在检测操作中，声波脉冲从发射换能器透射过混凝土和耦合水后到达接收换能器，能接收到的声波范围就是有效的检测范围。

该检测方式虽需预留2根声测管，但在实测中具有诸多优势，主要体现在能够极大地提升检测工作的灵活性。在实际检测中，可通过同步提升发射换能器和接收换能器高度的方式进行平测，逐步完成对整个桩基的测量。另外，还能让发射换能器和接收换能器之间形成高度差，让测量声波形成一定的斜角，在测量到内部裂纹和异物时，可不断调整高度差形成不同的声波网，对裂纹点数据进行交叉测量，以得到更精准的测量数据；还可以通过固定一点，只移动另一点的扇形测量方式，收集大量数据信息，能够大大提升测量的精准度和可靠度[3]。

3 基于实际工程的测量和数据分析

3.1 工程概况

广西天峨县天峨四桥工程，桥梁总长459 m，为4×20 m连续梁+（70+192+110）m的高低塔三跨中央双索面斜拉桥。大桥采用双向4车道，桥梁全宽24.5 m。桥梁总桩数为44根，桩径为1200～2800 mm，其中，6#主墩桩径2800 mm。

此次测量的桥梁桩基采用钻孔灌注桩，桩基桩径2.8 m，桩长20 m，内部有预埋声测管4根，检测工作选择在灌注完成后4周进行。

3.2 检测准备

检测准备主要从技术调研、环境控制和仪器准备3个方面进行。

1）在技术调研中，先深入了解了此次桥梁工程的桩基特点，其预埋的4根声测管呈正方形布置，多个声测管的布局非常适合采用跨孔透射法，在具体技术上结合以往检测经验，并吸收借鉴了该布局状态下优秀的声波测量分析技术，重点探讨了消除叠加波提升检测精确度的有效措施，为现场实测做好了技术准备，并制订了适用于现场测量的初步方案。

2）在环境控制方面，主要操作是定时检测桩基固化效果，保证其固化水平能够充分达到超声波测量要求，然后在桩头部分先进行了一定的开挖和破除桩头操作，并对表面进行了磨平，为后续检测做准备，同时，检测并清理声测管内部杂质，保证其后期检测结果的精确性。

3）在设备的选择上，选用了超声波仪及径向振动换能器，本桥梁桩基超声波检测采用ZBL－U5600便携式超声仪，该仪器是常用混凝土超声波探测仪的改进版，具有很好的通用性，能有效完成混凝土缺陷检测、基桩完整性检测、结合面质量检测、材料物理力学性能检测等多项检测，在换能器选择上，选用了发射纵波的振动换能器。

3.3 现场检测

现场检测内容主要包括以下3项：（1）声测管的平行性测量，检测各个声测管是否完全平行，实测显示4根声测管的平行数据较小，但在误差可控范围内；（2）声测管之间的距离关系，以及声测管在桩基中距离外壁的实际距离，测量结果为声测管之间的距离为2360 mm；（3）测量声测管的管径为57 mm，管壁厚度为3.5 mm，考虑到管壁厚度对测量结果影响不大，因此，该数据被预留到后期的误差分析中使用。

在正式开始检测后，先采用了平测的方式。在测量中，采用同步提升发射换能器和接收换能器的方式进行测量，为了降低误差，在同步提升中使用了水平仪进行校准，在发射波的控制中，为了保证测量效果，整个过程都在根据需求实时调整频率和振幅，频率通过发射器数据进行控制，振幅则根据声波监测仪的监测结果进行相对控制。在侦测到异常缺陷时，记录高度数据，完成第一组测量后，对剩下的管道进行两两测量，将获取的数据输送到呈现仪中建立大体的数据模型，将定性分析转化为定量分析[4]。

3.4 数据分析

数据分析的主要内容是：分析声速数据、波幅数据和PSD（Power Spectral Density，信号的功率谱密度）判据对桩基质量进行综合评定。测量结果的数据表内容过于庞大，表1中是部分检测结果。

表1 部分检测结果

在振幅方面，数据参考表2，此次测量中平测的衰减标准为衰减6 dB，在测试中发现仅有一处存在衰减略微超过6 dB平均值的情况，其位置被标记为疑似缺陷区，在后续的斜角测量和扇形测量中锁定了大致区域并确定了其缺陷的种类完全在可控范围内。

表2 各测管之间的检测数据表

结合表1发现断面在0～18 m区间的声速、波幅、PSD值均正常，可判定这2个测管桩体之间结构基本完好。在18.8～20 m区间内声速有所下降，但数据处于极限限值内，且桩基承压强度通过了检测，该部分数据波动并未对桩基承压力产生本质性影响，根据国家JGJ 106—2014《建筑桩基检测技术规范》，此桩基符合国家I类桩基检测标准，可正常投入使用。

4 结语

综合此次项目实测分析发现，超声波检测技术在桥梁桩基检测中的确具有操作简便，测量效果直观、准确等诸多优势，但单一的声波透射法存在不能直接测量抗压能力的缺陷，因此，考虑在后续测量中再度使用新的测量方式解决该问题，相关桥梁建设专家应多关注超声波测量技术并吸收其优点，但不能过度依赖该检测方式，在使用其测量结果时要能辩证地进行可靠性和准确性分析。