超聲波透射法基樁無損檢測技術的應用

王 龍

（華設檢測科技有限公司寧夏分公司，寧夏 銀川 750000）

傳統的基樁檢測方法往往需要對基樁進行破壞性檢測或者局部開挖，不僅費時費力，而且檢測周期較長，對橋梁的每根基樁都進行檢測將會直接影響項目施工進度。超聲波技術利用超聲波在不同材料中傳播速度不同的特性，通過對聲波的繞射、反射和折射等現象進行分析，可以得到基樁內部混凝土澆筑的詳細信息，而無需對基樁進行破壞性檢測。該技術具備非破壞性的特點，不會對基樁造成任何損傷，同時避免了額外的修復工作。同時，該技術具有高效性和準確性，能夠快速獲取基樁缺陷分布范圍。

1 超聲波透射法基樁檢測原理

在混凝土內部通過超聲波脈沖發射源激發高頻率彈性脈沖波，并利用高精度的信號采集系統對其在混凝土內部傳播的波形進行測量，如果混凝土中有異常界面，則會產生波阻抗界，超聲波在此界面上將發生衍射、反射、折射等現象，導致接收機接收到的信號強度顯著下降。以波的初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特征為基礎，可以獲得測區范圍內的密實度參數[1]。圖1 展示了超聲波檢測中幾種常見的波形。

圖1 檢測中幾種常見的波形

2 超聲波法檢測數據判據

2.1 聲速判據

聲速是聲波在介質中傳播的速度，是超聲波基樁無損檢測中的一個關鍵參數。在基樁中傳播的超聲波會受到材料和結構的影響，不同的材料和結構會有不同的聲速。因此，通過測量聲速的變化可以推斷出基樁內部的質量狀況和結構特征。基于聲速判據進行無損檢測時，首先需要發射探頭以一定頻率和脈寬發送超聲波信號，通過另外一個探頭接收透射的超聲波信號。接收到的信號經過放大、濾波等處理后，可以得到聲波在基樁內部傳播的時間信息[2]。根據聲速判據可以計算超聲波在基樁內部的傳播速度。如果基樁質量良好、結構完整，聲速應該與經驗參考值相符合；而如果基樁存在質量問題或結構損壞，聲速將會變化。然而，聲速判據并不能直接判定基樁的具體缺陷類型，它只是提供了一種初步的評估手段。針對不同的結構和材料，還需要其他檢測方法綜合考慮，如鉆孔取芯法、低應變發射波法、高應變法、聲波層析成像（CT）技術等，以獲得更準確的評估結果。

2.2 波幅判據

波幅判據是根據超聲波信號的幅值變化來評估基樁的質量和損傷程度的一種方法。波幅對混凝土內部缺陷的反應往往比聲時更具敏感性。它通過分析超聲波信號的能量傳播情況來確定基樁是否存在質量問題。當超聲波傳播到基樁中時，它會受到基樁內部結構的影響而發生反射、折射和散射等現象，從而導致超聲波能量衰減[3]。這些現象會導致超聲波信號的幅值發生變化。通過對幅值進行分析可以輔助判斷基樁內部的結構情況，例如混凝土是否均勻密實等。對于正常的基樁，超聲波信號的幅值應該相對穩定。而對于存在質量問題的基樁，波幅的變化趨勢可能會明顯異常，如出現突變或劇烈波動。

2.3 PSD 判據法

PSD 是相鄰兩個檢測剖面上聲時-深度曲線的斜率與聲時差的乘積（us2/m）,若基樁內部混凝土出現缺陷，必然會引起聲時的波動，使得聲時-深度曲線斜值顯著增加，同時，相鄰兩個檢測斷面的聲時差值變化與缺陷的嚴重性緊密相關，二者之積，可以更好地反映出缺陷的部位及其上、下界面。利用PSD 進行判定，也可以降低因聲測管埋設不平行而引起的聲時改變對缺陷判定的不利影響[4]。

在實際應用中，PSD 判據通常與其他參數相結合，例如超聲波的傳播速度、波幅等，來綜合評估基樁的質量。然而，需要注意的是，由于缺乏對PSD 變化和缺陷之間對應關系的定量分析，至今仍未能對PSD 進行定量規定。

3 超聲波檢測法在基樁檢測中的應用

3.1 超聲波平測法判斷病害缺陷的位置和范圍

圖3 斜測法檢測示意圖

平測法是目前采用最多的檢測方法，將發射、接收換能器分別放置于提前預埋在基樁混凝土內部的聲測管內，從樁底到樁頂由下往上緩慢提升，按照一定間距（公路橋梁一般不應大于250mm）逐點進行檢測，提升過程中應時刻校核換能器的深度和高差，如圖2所示。對聲測線的聲波信號進行實時顯示和記錄，讀取聲時、首波和波幅，并隨時關注測量波形的變化。多根聲測管按照兩根為一個檢測剖面，2 根聲測管組合為一個檢測剖面，預埋3 根聲測管有3 個檢測剖面，預埋4 根聲測管有6 個檢測剖面，預埋5 根聲測管有10 個檢測剖面[5]。

圖2 平測法檢測示意圖

按照基樁檢測規范對現場采集到的數據進行數理統計分析，獲得兩聲測管間的聲時、波幅值。在平測時若出現可疑缺陷區，可以減小測點間距對可疑缺陷區進行加密復測，更加準確地判斷缺陷縱向起終點位置。

3.2 超聲波斜測法判斷病害缺陷位置和范圍

對樁身混凝土有可疑部位的，首先進行加密平測（減小平測間距，公路橋梁基樁一般不大于100mm），以此確定混凝土缺陷區的縱向起終點范圍，然后再用斜側法對缺陷區進行檢測。斜側法就是將收發換能器保持一定的高程差，以相同步長同步升降，斜側法又可以分為單向斜測和雙向交叉斜測，如圖3、圖4 所示。

圖4 超聲波交叉斜側和扇形掃測示意圖

圖4-（b）為判斷聲測管附著泥團情況。平測加密檢測時，如果發現某條聲測線的測量值有異常，再進行雙向斜測發現只有收發換能器經過的聲測管的測量值有異常，而兩條聲測管連線的中間部分的聲波時域和波幅值都是正常的，就可以判定該試驗斷面的樁身中心部位的混凝土是正常澆筑，缺陷的區域應該是樁身邊緣或者靠近聲測管的位置，也就是縮頸或聲測管附著泥團。

斷樁的判斷（如圖4-（c）），在平測加密檢測過程中，發現某些聲測線測值異常，然后進行雙向斜測，如果在斜測時，通過兩條測管連線中部的聲測線測量值都出現了異常，那么就可以確定，在這一區域中，聲測管間存在著相連的缺陷。若同一高度下，同一基樁上各檢測段的檢測情況一致，則可判定為全斷面存在缺陷，如夾泥、松散等，稱為斷樁。

在基樁橫截面上，通過對單個檢測剖面平測和斜測結果的分析，僅能得到這一類缺陷在檢測剖面上的投影范圍。而樁身缺陷在空間上的分布屬于不規則的幾何體，要想進一步確定缺陷的范圍（樁身橫截面的分布范圍），就應該對各個檢測剖面在同一高程或者臨近高程上平測和斜測的聲測線的測試結果進行綜合分析，確定每個檢測剖面上的投影范圍，大致推斷樁身缺陷在樁身橫截面上的分布情況。

4 結語

超聲波透射法檢測技術是一種高效、準確的檢測方法，用于評估道路基樁的質量與穩定性。其非侵入式的特點使得檢測過程更為安全方便，同時避免了對橋梁基樁的二次破壞。道路超聲波透射法基樁無損檢測技術的應用能夠及時發現道路基樁存在的隱患和缺陷，如夾泥、混凝土離析、斷樁等問題，從而及時采取處理措施，保障橋梁基樁的正常使用和橋梁后期的安全運營。此外，該技術還可以節省維護成本，實現資源的最大化利用。目前，超聲波基樁無損檢測技術的應用已具有較高的自動化和智能化水平，通過數據采集與分析，可以快速生成詳盡的檢測報告，為決策者提供科學依據，推動道路建設與維護工作的精細化管理。