超声脉冲法在路桥桩基检测中的有效应用分析

汪 健

(安徽省交科检测研究院有限责任公司 安徽 合肥 230000)

社会经济的快速发展带动了交通事业的不断完善，作为路桥工程施工质量控制的重点，桩基础的质量就显得尤为重要，在桩基础施工过程中及施工完毕后，都需进行桩基检测[1]。桩基质量控制主要表现为桩身的完整性和承载能力，常存在的质量问题有断裂、混凝土离析、缩径等缺陷，还存在桩底沉渣较厚导致承载能力不足等问题，主要受灌注桩桩底泥浆清空不彻底等的影响。实际施工过程中，传统静压桩实验的实施已经不能满足当前装机施工迅速增加的要求，并且实施较为困难，因此超声脉冲法成为了路桥桩基检测中的一种有效方式。

一、超声脉冲法

波动是一种物质运动，可分为两大类，一种为机械波，一种为电磁波，前者有声波、水波等，主要为机械振动在弹性介质中引起的波动过程。声波传播到介质中某个地方时，这个地方原来不动的质点开始振动，进而出现动能，并且介质形变会出现位能。声波主要是在介质中逐层传播的。20～2×104Hz是人能听到的声波频率范围，如果超过2×104Hz，人耳就听不到了，就叫做超声波。超声波传播能量较大，属于机械波，在介质中传播时，会出现反射、干涉、透射等情况，通过这些能反映介质的结构与本质。因此，通过分析透过介质的超声波的相关声学参数，能对介质相关结构信息进行了解，说明超声波在非金属介质检测中是可以应用的[2]。超声波探伤仪发射换能器能通过一定的重复频率，间断发射出一组组超声脉冲波，能更好的通过分析介质的超声波声学参数来了解介质的结构特性。超声脉冲波是一种复频波，由不同频率的余弦波组成，并不是单一频率。超声脉冲法就是用超声脉冲波检测介质结构性能的方式。

二、超声脉冲法在路桥桩基检测中的应用

在现代建筑工程中，桩基础是一个重要的结构部件，常进行配料、浇筑、养护等，如果其中一个环节出现问题，可能导致桩基础出现质量问题，从而引起桩基承载能力不足，最终对结构物整体施工质量产生不良影响，造成安全隐患。在路桥桩基无损检测方法研究过程中，规范推荐的检测方法有低应变检测波法、超声脉冲法、高应变法等，相比于其他单一检测路桥桩基强度的无损检测方法，超声脉冲具有更好的应用效果，不仅能较准确地检测出其中的缺陷，还能估算桩基混凝土的强度[3]。

(一)路桥桩基强度检测

桩基是一种弹塑性材料，由水泥石与骨料复合而成，桩基的性质会受到组分与施工条件不同的影响。在对桩基的强度进行描述时，应用普通的数学模型进行描述是具有较大难度的。在桩基强度检测中，超声脉冲法检测为基本依据，桩基的弹性性质与超声脉冲波在路桥桩基中的传播速度联系较大，并且与桩基的弹性模量与其力学强度也存在较大关系。针对超声脉冲波通过路桥装机所需的声时，采用超声波探伤仪进行检测，能计算出桩基中的超声波声速，进而判断桩基的强度。通过对大量不同配比及强度等级的桩基的抗压强度值与超声波声速进行测量，进而通过数学模型建立超声脉冲法测强曲线。考虑到骨料、品种、用量、所处环境等因素对桩基声速的影响，在进行超声脉冲检测桩基强度时，需要对测强曲线进行矫正[4]。针对分布有钢筋的桩基，超声波穿过时，可根据超声波经过钢筋的声程及总声程比值对实测值进行修正。

(二)路桥桩基缺陷检测

原材料、配合比、龄期、桩长一定的桩基，其越密，则声速越高。如果存在裂缝或空洞，超声波会经过其而传播到接收环能器，并且由于桩基混凝土声阻率高于空气，进而超声波遇到缺陷时，会在缺陷表面出现反射及散射情况，进而减弱声能量，并且频率越高，减弱越快，还会降低接收信号的声速、波幅及频率。因此，在对所测桩基中缺陷的位置及范围进行判断时，可以通过超声波声学参数测量值的相对变化进行判断。超声脉冲波在路桥桩基缺陷检测中具有较强的穿透力，并且检测设备简单，操作方便，具有较好的应用效果。路桥桩基具有环境复杂、施工期长等特点，并且相对来讲体积较大，因此，如果不能较好地控制好温度，使其满足设计要求，就比较容易导致桩基出现裂缝。还会对浇筑造成影响，如果浇筑层面间处理不当，就会影响层与层之间的桩基较好结合[5]。超声脉冲法能对桩基中的裂缝、空洞等缺陷进行有效检测，还能反映路桥桩基钻孔灌注桩的均匀性及连续性，检测受侵蚀、冻融破坏的桩基层厚度。

1.路桥桩基裂缝检测。如果裂缝部位处可供检测的路桥桩基表面只有一个，常采用平测法进行检测，如果裂缝部位具有一对相互平行的表面，则可采用对穿斜测法进行检测。读取接收波的声时、波幅、频率值时，需要保持T-R换能器连接通过缝合不通过缝时测试距离、倾斜角一致的情况下，并进行逐层逐点读取。超声波在裂缝界面上衰减，接收到的首波信号就会比较弱，与不过缝的测点相比，就存在较大差距，因此，可根据这种情况对裂缝的长度及深度进行判定。

2.表面损伤层检测。在物理化学因素作用下，路桥桩基结构物表面会出现损伤层，对其厚度进行检测时，在检测面上的某点放置超声波发射换能器替，并且使其保持不动，然后采用接收换能器R测距，并读取相应的声时值。如果测距较大，超声波透过损伤层，会向未损伤的位置传播，进而大多会显示出未损伤的传播速度。达到某一测距时，经过2次穿透损伤层沿未损伤路桥桩基中传播的脉冲波与沿损伤层传播的脉冲波会同时到达接收换能器[6]。

3.其他缺陷检测。路桥桩基的裂缝有蜂窝、空洞、结合面处的缺陷，可采用穿斜侧法对缺陷的位置及大小进行检测。进行路桥桩基钻孔灌注桩施工时，将声测管预埋于桩内，可通过分析其中的移动超声波探头接收到的脉冲波的声时、频率、波幅变化，对桩体的连续性及均匀性进行判断，并且通过与声速检测结合，对路桥装机强度进行检测。

结束语

在路桥桩基质量检测中，超声波脉冲法检测具有较大的应用优势，主要体现为安全可靠、经济节约，且未对桩基造成损伤。而且，超声脉冲法不但能准确的判断桩基缺陷的具体缺陷位置及大小，还能估算桩基桩基强度。在科学技术的不断发展和检测设备的不断更新下，超声脉冲法的应用会越来越广泛，检测精度越来越高，为路桥桩基施工质量的控制起到更好的保障作用。