超声波检测技术在桥梁桩基检测中的应用

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摘要：为提升桥梁工程的整体质量，该文特以某桥梁工程项目为例，对该工程桩基检测中的超声波检测技术应用进行分析，包括工程概况、超声波检测技术主要原理、桥梁桩基检测中的超声波检测技术主要方法、具体应用及其质量控制措施。希望通过分析，可以为桥梁桩基检测中的超声波检测技术应用以及桥梁工程质量的提升提供科学参考。

关键词：桥梁工程；桥梁桩基；超声波检测技术；检测方法

1 工程概况

研究选取的某桥梁工程总长是459 m，其整体结构是高低塔三跨中央双锁面形式的斜拉桥，整体桥梁设计为双向四车道，其全宽是24.5 m。在该桥梁工程中，共设置了44 根钻孔灌注桩，其直径在1 200～2 800 mm 之间。为有效保障桩基施工质量，从而为整体桥梁工程的质量与安全奠定良好基础，在完成桥梁工程的钻孔灌注桩施工之后，决定通过超声波检测技术对其进行质量检测。具体检测中，特将4根声测管预埋在了钻孔灌注桩内部，在桩基混凝土灌注施工完成28 d之后实施超声波检测。文章主要对超声波检测技术在该桥梁工程桩基检测中的具体应用进行分析。

2 超声波检测技术主要原理

在对桥梁工程中的桩基进行超声波检测时，需要将纵向超声检测管道预埋到桩基内部，并在其中设置超声波脉冲发射装置与超声波接收探头。将清水用作耦合剂来填充声测管，通过仪器将具有周期性特征的电脉冲发出，使其从发射探头通过，直接穿透到桩基混凝土内部，再由接收探头将其接收。在接收相应的电脉冲之后，接收探头会将其转换为电信号的形式，借助于仪器中设置的检测系统，对超声波脉冲在桩基中穿过的时间、接收的超声波脉冲幅值、主频率、波形和频谱等各项参数进行检测，最后再通过数据处理系统对上述各项参数进行综合判断与分析[1]。通过这样的方式，便可对桥梁工程桩基混凝土内部的各种缺陷位置、大小及其性质等做出准确判断，并准确评价出桩基混凝土的整体强度等级及其均匀性指标，从而为桥梁工程桩基施工质量的评定提供科学参考。

3 桥梁桩基检测中的超声波检测技术主要方法

3.1 桩外孔透射检测

在超声波检测技术中，桩外孔透射检测方法主要在孔洞中不具备换能器的桥梁桩基检测中适用。在通过此种方法进行桥梁工程桩基检测时，需要将一个测量孔钻设到桥梁工程混凝土桩基外部，以此来实施桩基测量。在该测量系统中，主要的组成部分包括超声波发射换能器、超声波接收换能器以及超声波检测仪。其中，超声波发射换能器需要在桥梁桩基顶部安装，并与桩基贴合；超声波接收换能器与超声波检测仪需要设置在钻取的孔洞内，以此来实现混凝土与土层中通过的超声波形态接收，并通过声波形态分析来判断混凝土桩基是否存在缺陷。相较于桩内单孔透射检测方法而言，此种检测方法的操作更加简单，且不需要破坏桩基。但是经实际应用发现，当声波从土层中透过时，通常具有非常快的衰减速度。因此，在通过该方法进行检测时，其发射器一定要具备足够高的功率，且只适合在长度较小的桩基检测中应用。对于检测方向而言，该方法也只能够对桩基是否有缩颈、断桩等缺陷进行判断。如果钻孔灌注桩具有不规则的截面，在通过该方法进行检测时，其误测率也会进一步提升。基于此，在实际的桥梁桩基检测中，对于此种方法，相关单位与技术人员一定要做到酌情选用。

3.2 跨孔透射检测

在当今的超声波检测中，跨孔透射检测是最为主要的一个检测方法。在通过该方法进行桥梁桩基检测时，需要将两根声测管预埋到桩基内部，具体检测中，需要将清水注入声测管内，然后分别将超声波发射换能器与超声波接收换能器放置在2 根声测管中，通过超声波发射换能器将超声波脉冲发射出去，使其从桩基混凝土与耦合水中穿过，然后通过另一根声测管中设置的超声波接收换能器将其接收。在此过程中，所有能够被超声波接收换能器接收的声波范围都是有效的检测范围。该方法虽然需要进行两根或更多声测管的设置，但是在实际应用中，该方法的应用优势却有很多。首先，通过超声波发射换能器与超声波接收换能器高度的同步提升，可达到良好的评测效果，从而实现整个桩基的有效测量。其次，具体检测也可以让超声波发射换能器与超声波接收换能器形成一定的高度差，从而让测量的超声波形成一个倾角，在对桩基内部异物和裂纹进行检测时，可通过两者高度差的不断调整来实现不同声波网的形成，以此来交叉测量检测点数据，进一步确保检测结果的精准性。最后，可通过一点固定、另一点移动的方式进行超声波检测，这样便可让检测区域形成一个扇形，从而获取到更多的数据信息，使桩基检测精度及其可靠度得以显著提升[3]。

4 桥梁桩基检测中的超声波检测技术具体应用分析

4.1 前期准备

在桥梁工程桩基检测中，前期准备工作主要包括3 个方面，具体如下。

4.1.1 技术调研

在此过程中，特对该桥梁工程中的基桩特征进行了调研，经调研可知，桩基中预埋的4 根声测管布置为正方形，此种布置方法非常适用于跨孔透射检测。因此，决定通过跨孔透射检测法进行检测。以实际的工程概况、以往的相关经验以及超声波检测分析技术等应用措施作为依据，对叠加波的消除进行了重点探讨，初步制订出了与桥梁工程现场实际情况相符合的检测方案，以此来为后续的桩基超声波检测工作做好充分准备。

4.1.2 环境控制

对该桥梁桩基的具体固化效果进行定时检测，在确保其固化效果与超声波检测技术的实际应用要求相符时，才可以先对桩头部分进行适当的开挖与桩头破除操作。在此过程中，也对其表面实施了磨平处理，并将声测管内的杂质清理干净，为后续检测奠定良好基础，尽最大限度确保检测结果的准确性。

4.1.3 设备选择

检测主要选择的是超声仪以及径向振动式环内器。其中，超声仪为ZBL-U5600 型便携式超声仪，此种超声仪是将传统混凝土超声波探测仪作为基础改进而来的一种超声仪，其通用性十分良好，可以对桩基完整性、混凝土缺陷、材料物理力学性能以及结合面质量等做出科学、准确的检测。振动式换能器所发射的是超声波纵波，通过此类换能器的应用，可全面满足本次桥梁工程中的桩基超声波检测需求。

4.2 超声波检测

在桥梁工程现场的桩基超声波检测中，主要的检测内容包括以下几个方面：第一，对现场的4 根声测管进行平行性检测，通过实际检测发现，声测管具有较小的平行数据，但是所有数据的误差并未超过可控范围；第二，对各个声测管间距关系进行测量，通过测量发现，4 个声测管之间的间距均为2 350 mm；第三，对声测管管径及其管壁厚度进行测量，经测量发现，现场的4 个声测管管径均为57 mm，管壁厚度均为3.5 mm，因为管壁厚度对于超声波检测结果并不能产生较大影响，所以，在具体检测中，主要将该数据预留至后期进行误差分析。在超声波检测正式开展之后，首先采取了平测法。检测中，通过超声波发射换能器与超声波接收换能器同步提升的方式来进行检测，为实现检测误差的有效降低，同步提升过程中，特通过水平仪来对其进行校准。为确保最终的检测效果，在对发射波进行控制的过程中，所有的超声波发射频率及其振幅都按照实际的检测需求进行调整，调整中，主要借助于发射器数据来控制其频率；将超声波监测仪获取到的监测结果作为依据，对其振幅实施相对控制。对于超声检测中发现的异常缺陷，检测人员需要做好其高度数据的记录，在第一组检测完成后，需要对剩余的管道实施两量检测[4]。在呈现仪中输入检测获取到的所有数据，以此来实现大致的超声波检测数据模型建立，使检测数据实现从定性分析到定量分析的转变。

4.3 检测结果分析

对于超声波检测中获得的检测结果数据，具体分析中，主要通过声速数据、波幅数据以及信号功率谱密度数据的分析来进行桩基质量的综合判定。表1 是桥梁工程桩基超声波检测中的部分检测数据。在检测中，超声波衰减平均值标准是6 dB，经检测发现，在所有检测点中，只有一处的衰减略高于平均值，该位置被记作了疑似缺陷区域。经后续的扇形检测与斜角检测，对其大致区域进行了锁定，并进一步对其缺陷进行了确定，经检测发现，其缺陷情况并未超出可控范围。结合表1 中的数据可知，在0～18 m 的断面内，超声波的声速、波幅以及信号功率谱密度检测数据均正常，由此可判断，两侧管桩体间的结构完好。在18.8～20.0 m 的断面内，超声波声速略微降低，但经进一步研究发现，其降低幅度不超出《建筑桩基检测技术规范》（JGJ 106-2014）中的允许范围，且桩基强度也符合标准，因此判定该桩基施工质量合格。

5 结语

综上所述，在桥梁工程的桩基检测中，超声波检测技术发挥着至关重要的作用。基于此，在具体检测中，相关单位与技术人员一定要将实际的工程概况作为依据，对超声波检测方法加以合理选择，并科学制订检测方案；再根据现场实际条件，通过合理的措施来进行超声波检测技术应用及其质量控制。

参考文献：

[1] 李永森，李艳斌.旁孔透射探测技术在既有桥梁桩基中的应用[J].现代隧道技术，2021，58（Z2）：120-126.

[2] 顾兴宇，李树伟，董侨，等.沥青混凝土超声波检测的衰减特征与影响因素研究[J].中国公路学报，2020，33（10）：316-326.

[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，2021，44（1）：129-130.

[4] 周建庭，张森华，张洪.磁测法在桥梁隐蔽病害检测中的研究进展[J].土木工程学报，2021，54（11）：1-10.