超声波检测技术在桥梁桩基检测中的应用研究.pdf

总655期2023年第25期（9月 上）0 引言桥梁桩基混凝土浇筑前，如现场环境恶劣或施工不规范，极易导致桩基护壁塌孔、桩身断裂、桩底混凝土离析等质量问题，为使其更好地适应复杂的地质环境，保证其稳定性能符合设计要求，需对桥梁桩基础的施工质量进行有效控制。其中，超声检测技术是一种检测桥梁桩基础施工质量、结构完整性、匀质性是否符合规范的有效方法。将超声波技术用于桥梁桩基础的检测，必须切实做好声波管的制造和埋设工作，正确的布置声测管和校准传感器的精度，并注重提高频谱分析的准确度，以确保超声检测的可靠性。1 桥梁桩基混凝土超声波检测技术原理超声波检测技术原理是以超声脉冲发射源向混凝土内部发射调频弹性脉冲波，并以高精度接收系统接收脉冲信号，记录和反馈脉冲波在混凝土传播的波动特征。在此过程中，混凝土桩基可作为弹性介质，超声波在混凝土桩基传播时，可通过检测系统获取相关参数，并借助对检测器脉冲信号的对比处理数据，以判断被检测目标结构完整性及其他指标合规性。图1为桩基完整性超声波检测系统。2 桩身混凝土质量与超声波声参量的关系精确分析是验证混凝土桩基超声波检测有效性的基础，通过对超声波摄入混凝土桩基中产生的声参量与混凝土完整性、变形性等物理学指标相关性的分析实现。超声波进入混凝土桩基后，贯穿混凝土横截面并反馈声学信号，借助相关参数反映混凝土内部结构状况。结合弹性介质中波动理论可知，纵波的波速公式见式（1）：VP=E()1-()1+()1-2（1）式（1）中：为介质密度；E为介质动弹模量；为泊松比。声波在混凝土介质中传播时，依据声学特征，介质对声波有一定的吸收特性，声波扩散衰减，且距离声源越远声波强度越弱。由上可知，超声波检测中各项声参量指标与混凝土桩身质量密切相关，超声波在混凝土介质中纵向传播时会出现反射、衰减、绕射现象，即声波遭遇屏障，表示混凝土存在内部障碍。因此，以检测过程中超声波在混凝土桩基中声参量差异作为检测判断指标，评估混凝土内部结构连贯性，判断混凝土桩基有无安全隐患。同时，可根据超声波摄入混凝土桩基后，波形曲线形态是否圆滑、有无主频峰值突出，作为判断混凝土桩基缺陷的依据，无波形异常证实桩基性能良好。收稿日期：2023-03-11作者简介：邱林（1975），男，贵州镇远人，工程师，从事高速公路工程质检及试验检测工作。超声波检测技术在桥梁桩基检测中的应用研究邱林（贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳 550001）摘要：为确保桥梁施工安全，检测技术人员可借助超声波检测技术进行混凝土质量检验，确保其各项指标合格，以保障工程顺利验收。基于此，首先对桥梁混凝土桩基质量的超声波检测技术进行研究。然后，从桥梁桩基混凝土超声波检测技术原理、桩身混凝土质量与超声波声参量的关系等方面进行分析。最后，对超声波检测技术的检测方法、注意事项等内容进行了总结，希望能为桥梁混凝土桩基检测提供更多的方案选择。关键词：混凝土桩基；超声波技术；离析中图分类号：U445.4文献标识码：B图1 超声波检测桩基完整性系统156交通世界TRANSPOWORLD3 桥梁桩基混凝土超声波检测技术的检测方法3.1 声波透射法基本装置超声波检测系统包括发射换能器、声测管、接收换能器和非金属超声检测仪。本文超声波检测仪选用型号为RSM-SY7的基桩多跨孔超声波检测仪，该设备可自动收发超声波，检测效率及精度很高。3.2 声波检测方法平行检测具备检测速度快、效率高、便于操作的特点，被广泛应用于桥梁项目混凝土桩基完整性检测中，对混凝土桩基缺陷范围及其程度确认，需以斜测、扇测结果结合后综合判断。超声波透射法是进行桥梁混凝土桩基连贯性、完整性检测的常用手段，双孔法在现场检测中应用十分普遍。超声波检测借助测面检测间接反映混凝土桩基质量，声测管数量会直接影响检测结果准确性，布置的声测管数量越多，检测面数据越丰富，结果越准确。但在实际施工过程中，受限于施工成本、人工数量、施工工期等因素，声测管数量需控制在合理范围内，节约成本的同时确保检测结果准确性。检测现场多以螺纹连接、对接焊接、套筒连接等方式将声测管置于钢筋笼内，为确保探头可达检测部位，需预留检测管道，并多以套筒连接方式固定声测管，以取得预期效果。现场检测中，由于声测管强度不足，使探头无法达到预定检测深度，或由于连接部位密封性能不佳，使声测管混凝土渗漏，又或者出现探头卡在声测管内使仪器受损，影响检测结果。因此需对声测管的预埋位置、数量进行 提 前 观 测，多 以 斜 测 或 平 测 的 方 式 进 行，详见图 2。图2 声测管布置声波仪器包括声测管、发射和接收转化器、计算机等，其工作原理见图3。图3 超声波测桩工作原理示意4 桥梁桩基混凝土超声波检测技术实例4.1 界定标准参照现行公路工程桩基动测技术规程，以相关技术指标、操作规程要求为基础，根据混凝土桩基超声波反馈声参量、缺陷程度、波形特点等数据，可对混凝土桩基完整性进行分类，结合相关标准分类情况如下。1）类桩：混凝土桩基结构完整，功能正常，波形无异常且可正常使用，无波幅异常波动。2）类桩：混凝土桩基部分功能受损且可正常使用，波形正常且波幅未超过临界值。3）类桩：混凝土桩基功能性不足，结构承载力降低，波形异常，波幅明显小于最小临界值，且PSD异常变化。4）类桩：混凝土桩基功能受损严重，波形变形严重，且结构承载力不足，波幅超出临界值，且PSD明显异常突变。4.2 工程检测实例某高速桥梁右幅10a-1桩基为冲孔灌注端承桩，设计桩径1.5 m，设计桩长13.7 m，预埋3根声测管，采用超声波平测法测试，测点间距0.2 m。其1-2、1-3、1-4剖面在桩顶下10.513.0 m处同时出现声速均低于临界值，直接从波形上观察，感觉该位置处存在大范围缺陷，但通过观察波粒图均匀，PSD也无强烈变化，且声速是呈渐变性变化，因此该种现象应为声测管安装固定不牢，导致倾斜，所以此现象只需进行管斜修正即可。PSD的作用：当声时值有明显变化或突变时，PSD与时间差的平方成正比，PSD将出现大幅变化，因此PSD判据对缺陷十分敏感。5 超声波检测技术的应用注意事项桩基检测多在施工完毕后进行，一旦存在混凝土桩基缺陷会直接影响承台施工质量，因此需在对施工现场情况全面了解的基础上进行检测，精准判断桩基质量并提高检测效率。以超声波检测技术进行桥梁混凝土桩基检测时，需对以下问题给予格外关注：1）技术参数与施工资料。检测前期，需做好准备工作，全面了解浇筑时间、桩基桩长等基础资料，在排除外在干扰的情况下检测声速变化指标，判断是否存在外界干扰，通过指标参数变化判断缺陷桩基情况。检测时间需合理，现场检测需与项目工程进度相协调，在符合技术规程的基础上提高检测合理性，防止工程人员为了节约检测时间在混凝土尚未达到检测标准的情况下安排技术人员进行检测，降低可能由此导致的偏差，影响项目工程进度和整体质量。一般情况下，应于混凝土成桩7 d后进行超声波检测，检测前需开挖桩头并磨平表面，提高超声波检测的精准性，确保检157总655期2023年第25期（9月 上）测结果与实际情况相吻合。2）施工中注意保护声测管，避免设备损坏声测管，卡顿设备探头，从而影响探头深入，或由于声测管内渗入混凝土导致管路被堵。混凝土施工期间，应注重养护，将声测管孔口覆盖，避免异物堵塞声测管，确保其检测准确性，防止由于杂物掺入引发设备故障，影响施工进度与检测结果。3）超声波声测管埋设过程中，需严格遵循建筑基桩检测技术规范（JGJ 1062014），确保声测管平行对称，使其探头可自由伸缩，以桩基直径为基础判断埋设声测管的具体数量。一般情况下，桩径大于160cm需埋设4根以上声测管，桩径80160 cm则应埋设3根以上声测管，桩径80 cm以下则埋设2根以上声测管。检测时，应以两根声测管为一组进行分组检测。4）声时修正：现场检测过程中，检测人员需要注意声时修正值的重要性，声波沿着声测管探头向另一个声测管探头传播过程中会有传播时间，实测中应将这部分时间扣除。5）管距选择计算值：浇筑前，钢筋笼上管距从桩顶到桩底保持一致，但在混凝土浇筑工序中，浇筑速度过快或管倾斜度差异，会对声速参数产生影响，从而导致检测结果与实际值之间存在出入。结合相关资料和施工经验，建议检测桩顶声测管外壁间净距离以理论管外壁净距离数值为准，提高检测精准度。6）声测管内耦合剂应用时需注意以下两点：需注入清水，避免浑水中的大量杂质影响超声波传播速度，引起检测误差；清水需注满声测管，工程测量时提前灌满水，但实测时声测管内水量不足或声测管无水，会导致检测时无法接收超声波信号，产生异常超声波波形，影响检测结果。6 超声波检测技术的局限性超声波检测技术可行性强，可反映混凝土桩基内部缺陷，并反映其结构完整性，但该检测手段仅能反映两根声测管间混凝土结构是否完整，对桩基扩径混凝土的结构状况难以精准反馈。因此，超声波检测技术在桥梁项目混凝土桩基检测实际应用过程中存在局限性，仅适用于桩基混凝土质量检测，不适用于支撑桩及嵌岩桩的结构完整性评估，此种情况下需联合应用低应变反射法检测技术综合评估，并结合桩端支撑数据进行桩基承载性能指标的判断，评估其是否符合设计标准。7 结束语超声波桩基检测技术被广泛应用于桥梁混凝土桩基检测，在现代公路、桥梁建设中应用效果显著，适用于大尺寸、大直径混凝土桩基检测。超声波具备穿透性强的特征，合理应用超声波桩基检测技术可为施工单位提供相对准确的检测信息，为桥梁桩基检测提供参考，但该技术不适用于支撑桩、嵌岩桩的质量评估。因此，相关人员需注意超声波检测技术的应用范围，进一步探索和改进该技术，促进超声波检测技术的优化。参考文献：1 罗宏.桥梁混凝土桩基检测中超声波检测技术的应用J.工程建设与设计，2022（6）：171-173.2 尹智龙.桩基检测中桥梁混凝土超声波检测技术的运用J.黑龙江交通科技，2021（2）：116-117.3 彭屿.桥梁桩基检测中混凝土超声波检测技术的应用J.黑龙江交通科技，2021（1）：129-130.4 霍东鹏.桥梁混凝土超声波检测技术在桩基检测中的应用J.工程技术研究，2020，5（12）：92-93.5 杨飞跃.超声波法在桥梁桩基检测中的应用分析J.工程与建设，2022，36（5）：1396-1397.6 陈少寅.超声波在桩基检测中的应用及判定方法J.江西建材，2022（6）：74-75.7 石鹏.桥梁桩基检测中混凝土超声波检测技术的有效应用J.运输经理世界，2022（15）：83-85.8 罗宏.桥梁混凝土桩基检测中超声波检测技术的应用J.工程建设与设计，2022（6）：171-173.9 李文忠.桥梁混凝土超声波检测技术在桩基检测中的应用J.四川水泥，2021（10）：25-26.发育区隧道下穿水库工程建设中的应用J.地球物理学进展，2021，36（6）：2702-2711.2 伍小刚，李天斌，张中，等.传统瞬变电磁法的改进及其在隧道超前地质预报中的应用J.水文地质工程地质，2021，48（1）：163-170.3 邢修举，吴正飞，张依瑞，等.三维瞬变电磁超前探测技术在隧道探水中的应用J.现代隧道技术，2020，57（1）：162-167.4 史宏海，王伟，李俊杰.TSP-SK地震反射成像系统在隧道工程超前地质预报中的应用J.公路，2022，67（1）：370-374.（上接第146页）158