声波透射法在桥梁桩基检测中的应用
摘要：声波透射法是对建筑桩身混凝土完整性依据超声波透射原理进行检测的方法，已逐渐应用于桥梁桩基检测并成为比较有效的一种方法。通过分析声波透射法有关理论，较深入地探讨了桥梁桩基检测中声波透射法的具体应用，并结合实际应用论述了声波透射法的检测技巧及判定结果的方法，对于提高桥梁桩基施工质量的检测水平具有重要作用。
关键词：声波透射法；桥梁桩基；检测方法
1 前言
在桥梁桩基检测中声波透射法是对桥梁桩身混凝土完整性依据超声波透射原理进行检测的方法，已逐渐应用于桥梁方法并发挥出十分重要的作用。该方法是在灌注桥梁桩基混凝土前，将多根测管进行预埋作为声波检测仪，按照间距一定对向桥梁桩身各横截面穿过声波的声学参数沿桩纵轴逐点进行检测，再对有关检测数据进行分析判断并处理，对桥梁桩身混凝土可能发生缺陷的因素进行综合分析，再对桥梁桩身混凝土质量进行推断，以实现对桥梁桩身完整性等级的客观判定。
2 声波透射法
灌注桩内声测管之间的混凝土质量是该方法的检测对象，混凝土作为一种非匀质弹黏性材料通常都是由很多种材料进行配制构成，对超声脉冲波吸收程度较大、也能衰减一定程度的散射，超声脉冲波在超声波相等距离、材料及质量时，首波频率、波幅及传播速度等声学参数的测量值呈现出一致性，才能相对稳定地保持波形。如在桥梁桩身混凝土结构中具有空洞、裂缝及因水泥不足而发生松散等质量问题，其空间内空气将相应增大所占空间，在声阻抗率上空气远远低于混凝土，在“固-气”界面上超声脉冲波容易发生全反射现象，一些超声脉冲波缺陷区绕过或穿过而对换能器接收时，将增大声时值，相应降低首波幅度与频率，波形产生畸变的程度比较明显。可利用变化的声时及声程范围，对声速变化进行计算，对缺陷度进行判别和计算，同时在缺陷界面超声脉冲波将发生反射和散射，声波到达接收换能器时将使波幅显著减小，可结合波幅变化甄别产生缺陷的性质及程度。超声脉冲波在产生缺陷的界面中不同成分的频率其衰减度也各不相同，接收信号频率降低明显时，可与接收信号主频或频率谱的变化相结合分析判别产生缺陷的具体状况。超声脉冲波反射和折射在缺陷界面形成波束的波形不同，或由于界面上产生波形转换而形成横波，抵达接收换能器时的时间各不相同，将导致接收波形成叠加同向或不同向位波束的波，进而造成接收信号发生一定程度的波形畸变，所以也能够用于对产生缺陷具体原因的分析判断。
由以上原理分析可知，该方法一般是应用超声波检测仪器与声波径向换能器，对桥梁混凝土中超声脉冲波的相关参数进行测量，并将相关参数的变化情况进行综合分析，以判定桥梁桩身混凝土产生质量问题的具体部位。对接收到的超声脉冲波测量值采用数理统计方法值分析，以实现对桥梁桩完整性的准确判断。
3 检测声波透射法的方法
双孔、单孔及桩外检测三种方法在桥梁灌注桩的声波透射法的检测中比较常用，而应用最广泛的是具有多种方式的双孔检测方法。声波透射法检测在应用中一般分为扫测桩身各剖面和细测怀疑部位两个步骤。将测点间距对增加声时，衰减波形异常区由25cm向10cm进行加密，基于测读声时并观察参数的相对变化，采用平测、双向斜测方法测量物理量以确定缺陷阴影范围的方法就是“声阴影重叠法”。 由于桥梁混凝土结构的不均匀界面而产生绕射或低频波漫射等导致其阴影边界一般较为模糊，而声速、波幅在高质量的混凝土中向缺陷区具有渐变性，对阴影临界确定具有一定的难度。在缺陷区域产生变化的波幅、波速及波形等物理量，都能反映出缺陷，被认为是缺陷区域的临界线。
4 数据分析判定
该方法在分析判定检测数据过程中，通常分析各采样点的有关参数测量值，再对整个剖面声速及波幅等参数采用数理统计方法计算，对整个桩剖面的参数进行综合分析，与PSD值结合进行综合分析，再对桥梁桩身完整性进行甄别。在实际监测中对各测点声波波形的采集工作相对比较复杂，主要还是依靠个人经验对波形进行分析，应与声学相关专业知识与实际经验结合以实现更为准确的判定结果。在桥梁桩身剖面的检测过程中，桩身若具有完整的混凝土，各检测点具有相对规则的波形，直线声时曲线没有表现出明显的折点，波幅一般不会发生较大程度的衰减。桥梁桩身某区域混凝土具有一些缺陷时，就会是声时值显著增大，相对差最大能达到20%左右，波幅的衰减程度也比较大。尤其是在桥梁断桩及局部出现夹层是会明显提高声时值，声时曲线也将产生较大的峰值，相对差最大可超过30%，波幅衰减较为明显，波形不规则。对检测灌注桩的数据进行时，提出采用PSD斜率法，可实现对发生夹层的准确定位，而对于一些较小的缺陷容易出现定性误差，还要结合实际测量的声速和波幅两项参数进行分析判断。混凝土出现离析、较多砂浆等情况时，声速通常不高，但不具有较低的波幅，混凝土强度却可能很高。声速在低波幅时较高，一般是因混凝土中存在为数不少的气泡，而不是出现较严重的质量问题。在声速、波幅都突然发生降低的情况，才会发生诸如沉渣、夹泥及断层等比较严重的缺陷问题。
结语
综上所述，声波透射法在桥梁桩基检测应用中的准确度比较高，可实现对桥梁整桩结构全断面自下而上的逐点进行检测，不会漏判发生缺陷的任何部位，桥梁桩身结构的混凝土均匀性及发生缺陷部位、缺陷程度等问题可由检测结果进行直观反映，桩长和桩径对检测结果不会产生任何影响，对于检验桥梁桩基桩身的混凝土质量是相对其它方法而言具有更为明显的科学性。
参考文献
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