浅析声波透射法在桥梁基桩桩身完整性检测中的应用

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【摘要】无损检测也叫无损探伤，是在保证检测对象使用性能的前提下，采用声波、红外线、电磁波等原理技术并结合仪器对检测对象进行完整性检测的技术。本文主要介绍声波透射法在桥梁基桩桩身完整性检测中的应用原理。

【关键词】声波透射法；基桩；完整性检测

1 引言

在现行的检测技术中，无损检测被越来越多的人接受，成为了一种新的检测方式，特别是在各种大型工程、地下工程中得到广泛应用。在桥梁基桩桩身完整性检测中，声波透射法充分发挥了其准确性高，可定量分析出桩身缺陷的大小和确切部位的优点，具有较高的实用价值。

2 声波透射法测试原理及方法

内部的结构特性与外部环境条件等很多因素会制约混凝土的物理力学性质，混凝土的应力应变关系反应于它的声波传播特性。根据弹塑性介质中的波动理论，其应力波波速为：

其中E为介质的动态弹性模量；ρ为密度；μ为泊松比。混凝土的弹性模量和介质的强度之间存在一定的相关性。超声检测的理论依据是混凝土介质的物理力学指标（强度、密度、动弹模等）与超声波的各种传播参数（波幅、声时值、衰减系数和声速等）之间的相关关系。当混凝土介质的构成材料以及均匀度、施工条件等所有内、外因素大多数一致时，超声波在其中的传播参数也会是一致的；超声波在传播中遇到存在缺陷的混凝土介质时，超声波会产生异变，声时、声速、声幅、频谱等各项参数都会产生变化，检测桩基完整性可通过高精密声波发射-接收仪器及传感器来记录与描述。

3 声波透射法测试方法

3.1 主要仪器设备

超声检测仪器设备主要采用：中国科学院武汉岩土研究所RSM-SY5智能声波检测仪1台及CH-1型声波跨孔测试换能器3只。

3.2 检测方法

首先向所有被检测的混凝土灌注桩预埋声测管内注满清水，用钢卷尺准确测量出桩顶各个声测管之间的净距离。缓缓将声波跨孔测试换能器分别置于预埋管中的两个声测孔的底部，让其高度保持一致，记录好深度，每隔25cm布置一个测点，基桩声波透射法现场检测示意图参见图1。为保证检测的准确性，确保各测点发射与接收换能器累计相对高差不大于2cm，并且随时校正其高度，如果发现测试结果异常，则必须对数据不合理部位重新检测。缺陷的位置和范围通过对测、斜测、交叉测及扇形扫测等各种测试方法确定。以每两声测管为一个测试剖面，对同一基桩所有剖面分别进行检测。

图1 桩基声波透射法现场检测示意图

3.3 数据处理及判定

可以用以下三种情况来判定桩身混凝土异常的临界值：

（1） 声速判据

在混凝土中超声波的传播速度（波速）Vp依据实测声时值tp、测距L计算得出：

其中：

t0为声时值初读数，t/为声时值修正值。

式中D为测管外径，d为测管内径，d/为换能器外径，Vt为检测管壁厚度方向声速，Vw为水的声速。

μp（μt）、σv（σt）分别为波速平均值和波速标准差。

如果实测混凝土声速值低于声速临界值，则应将其作为可疑缺陷区。

（2） 波幅判据

用波幅平均值减6dB作为波幅临界值，当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。

式中 AD―波幅临界值（dB）；

Am―波幅平均值（dB）；

Ai―第i个测点相对波幅值（dB）；

n―测点数。

（3） PSD判据

采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。

式中：tci---第i个测点的声时；

tci-1---第i-1个测点的声时；

Zi---第i个测点的深度；

Zi-1---第i-1个测点的深度；

如果发现混凝土声速和波幅值出现异常并判为可疑缺陷区，必须用水平加密、等差同步或扇形扫测等方法进行更细致的测量，结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严重程度。

4 结语

随着现代铁路、公路的繁荣发展，很多重点工程都要求对桩基进行超声波无损检测。声波透射法优点众多，具有很广阔的市场前景。本文浅析声波透射法的基本原理和检测方法，旨在给该领域提供简单参考，还有很多缺陷和不足，有待进一步去完善。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准.建筑基桩检测技术规范（JGJ 106 C 2003），北京：中国建筑科学研究院，2003

[2] 罗骐先.桩基工程检测手册，北京：人民交通出版社，2003

[3] 羊建勋，羊建树. 超声波法测桩判别新技术， 中国铁道科学，1996

[4] 高卫国.超声法检测基桩混凝土质量应用研究 [硕士学位论文]，上海：同济大学，2002