张平

山西省公路局晋城分局试验室 山西晋城 048000

声波无损检测技术在桥梁混凝土结构病害检测领域具有广泛的应用前景。目前，包括声发射技术、机敏混凝土检测、电化学测试、振动测试等在内的无损检测技术已经在国内桥梁结构无损检测方面有所应用，实践证明，只有将无损检测技术与外观检测、动静载试验等结合应用，才能对桥梁混凝土结构病害状况进行全面准确评价。

1 声波透射法

1.1 检测原理

采用声波透射法对桩基完整性进行检测的原理为：采用发射源在桩基中发出弹性脉冲波，同时用接收装置对这一脉冲波在桩基混凝土中传播的波动特征进行记录；如果桩基混凝土不连续或存在破损的界面，则在缺陷面上将产生一个波阻抗界面，在声波到达这个界面后，将发生反射与透射，导致实际接收到的能量显著减小；如果桩基混凝土中有严重缺陷，如孔洞、松散和蜂窝，则声波会发生散射与绕射；以声波在传播时能量发生的衰减与初至时间为依据，结合频率产生的变化与波形发生的畸变，确定测区中桩基混凝土密实度等技术参数。对不同检测面与高度对应的波特征进行测试记录，通过处理分析可以确定测区中桩基混凝土参考强度与内存缺陷。桩基施工开始前，以桩径大小为依据埋设声测管，将其作为换能器主要通道[1]。

1.2 优缺点

声波透射法的优点包括：具有较高的准确性，可对桩基混凝土是否完整进行整体检测，同时还能在很大程度上对桩基混凝土的实际强度进行反映。声波透射法的缺点包括：声测管容易发生堵塞，难以对桩基底部的沉渣与桩端持力层实际情况进行检测，而且桩基底部的实际情况较复杂，存在一些可能对检测结果造成影响的因素，需借助钻芯法等其他方法来验证该方法检测后得出的结果。根据相关检测经验，可能对桩底实际检测结果造成影响的因素包括：声测管的底部存在积水导致表面产生锈蚀，使声测管和混凝土的胶结变差；在声测管的底部，容易被泥浆所覆盖，也会使声测管和混凝土之间的胶结变差；对声测管进行的清洗不到位或不彻底，在声测管底部存在很多的沉积物。以某桥梁工程的21#桩基为例进行分析，其设计直径为1800mm，将微风化岩层作为桩端持力层，采用声波透射法对其进行检测。从检测的信号可以看出，该桩基底部几乎每个剖面都存在明显的缺陷。但采用钻芯法进行验证后发现，桩基底部混凝土芯样保持连续，整体结构完好，胶结情况良好，侧面保持光滑，骨料的实际分布均匀，无明显缺陷，这在很大程度上说明之前进行的声波透射法检测受到了很多其他因素的干扰与影响。

2 桥桩声波透射法检测原理及检测方案

2.1 桥桩声波透射法检测原理

声波透射法检测混凝土灌注桩桩身结构完整性的基本原理：采用高精度的接收系统，采集记录由超声脉冲发射源激发的高频弹性脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动响应特征；当混凝土内存在不连续或破损界面时，脉冲波到达缺陷面形成的波阻抗界面时，会产生波的透射和反射现象，使接收到的透射能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、空洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射现象；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以得到混凝土的密实度参数。通过测试记录不同剖面、不同高度上的超声波动特征，处理分析后可确定测试范围内混凝土缺陷的性质、大小及范围[2]。在施工混凝土灌注桩前，根据桩身直径的大小，依据规范要求预埋若干纵向平行的声测管绑扎在钢筋笼内侧，作为声波换能器的通道。待桩身混凝土达到一定强度后开始测试。测试前，将声测管内注满清水作为耦合剂，每两根声测管作为一组，将发射换能器与接收换能器分别放入其中，一根声测管中换能器发射出去的超声脉冲信号，被另一根声测管中的接收换能器所接收，仪器采集下该过程中所有的声时、波幅等声学参数，据此分析判断出该位置两个声测管间的混凝土质量。收发换能器从桩底沿桩身纵轴方向同步向上移动，并逐点测试采集整个剖面的声学参数，声测线间距不应大于100mm。测试完所有剖面便可判知各个剖面及整根桩的完整性情况。

2.2 桥桩检测方案

对桥桩基础，全数进行声波透射法检测。桩基施工前对桩径为1.2m的桥桩预埋3根声测管，对桩径为2m的桥桩预埋4根声测管。检测前应将声测管清洗干净并注满清水，且应确保声测管全长范围内畅通无堵管现象[3]。

3 检测盲区产生原因及对策分析

3.1 产生原因及危害性分析

理论上，声波透射法是基于发射和接收换能器组合获取有效声场的声学参数，来判定桩身缺陷程度及其位置。有效声场是指发射和接收换能器之间在超声波传播路径上混凝土的声扰动，呈椭圆形或椭球体状空间分布，是一个细长的窄带区域。实践中，通过埋设若干根声测管，为发射和接收换能器深入桩身混凝土内部产生有效声场创造了条件。

3.2 对策分析

及早修正规范，将每根桩声测管埋设数量强制性规定为不应少于4根。声测管数量越多，对减小盲区范围越有利，但检测和施工成本将会加大，检测和施工周期也会延长。这就要求在检测结果的可靠性与检测成本、工期等因素之间寻求一个平衡点。建议每根桩布置声测管数量应不少于4根。这样，发射和接收换能器组合就会有6个检测剖面。相比于当前规范规定的3根声测管3个检测剖面，有效声场的覆盖空间会大幅增加，检测盲区范围显著减小，漏检缺陷数量也会随之减少。增加对角线斜测剖面。声波透射法包含有平测、斜测和扇形扫测等三种测试方式。依据现行规范，一般情况下，常规检测采用平测方式，即发射换能器T和接收换能器R以相同标高同步移动测量。

针对浅部缺陷危害性，建议采用声波透射法与低应变法、钻芯法等相互配合。这样，利用多种方法检测，不但可以有效地发现浅部严重缺陷，同时也会大大降低检测盲区存在的危害性。