橋梁樁基檢測中混凝土超聲波檢測技術的應用

張明佩

（四川路橋橋梁工程有限責任公司，四川成都 610000）

0 引言

橋梁樁基作為承載重要交通基礎設施的重要組成部分，其結構的安全性和穩定性直接關系到交通運輸系統的可靠運行。然而，由于其長期受自然環境和交通荷載影響，橋梁樁基內部結構通常存在較多安全隱患，如裂縫、空洞、混凝土均勻性等問題，因此為實現對樁基結構的全面監測和及時維護，文章對橋梁樁基檢測中混凝土超聲波檢測技術的應用展開詳細論述，以確保橋梁的安全性及穩定性。

1 橋梁樁基檢測中混凝土超聲波檢測技術的應用原理

混凝土超聲波檢測技術是一種無損檢測方法，其應用原理基于超聲波在材料內部的傳遞特性。

首先，通過利用混凝土超聲波檢測技術，可以有效探測材料內部的缺陷，如異物和裂縫，并可揭示其位置、大小以及形狀等重要參數。

其次，在具體試驗中，通常使用超聲波發生器產生超聲波信號，并通過探頭將其傳遞到混凝土結構中，該超聲波信號在遇到材料內部異物或裂縫時會發生反射，而探頭則接收該反射信號。

再次，通過記錄超聲波信號的傳播時間、強度等數據信息，檢測人員可以獲取關于混凝土結構內部缺陷的詳細信息。

最后，通過對該數據進行分析和處理，可以準確得出檢測結果。因此，混凝土超聲波檢測技術在非破壞性檢測領域發揮著重要作用，為橋梁樁基等工程結構的安全評估提供了可靠的方法，通過該先進技術，工程師和技術人員能夠及時發現和識別混凝土結構中的潛在問題，為工程的維護和修復提供了有力支持[1]。

2 橋梁樁基檢測中混凝土超聲波檢測技術的應用意義

2.1 有助于質量評估與結構安全

混凝土超聲波檢測技術在橋梁樁基檢測中具有重要意義。首先，混凝土檢測技術對質量評估與結構安全具有積極作用，通過超聲波檢測技術，工程師能夠深入了解混凝土結構的內部情況，迅速準確地定位和量化潛在的缺陷，如裂縫和異物，從而確保建筑物在使用過程中不受內部缺陷的威脅。其次，混凝土超聲波檢測技術的應用有助于提高橋梁樁基的結構安全性，通過全面了解混凝土結構的內部狀況，工程團隊能夠采取有針對性的修復和維護措施，及時解決可能引發結構損壞的問題，確保橋梁樁基的長期穩定運行，從而提高其在復雜環境和重載條件下的抗壓能力[2]。

2.2 定位隱蔽缺陷與病害修復

混凝土超聲波檢測技術在橋梁樁基檢測中具有重要意義，其能夠精準定位隱蔽缺陷，為病害修復提供重要數據支持。首先，傳統的檢測方法無法準確識別深埋在混凝土內部的隱蔽缺陷，而超聲波檢測技術通過其高頻率的特性，能夠穿透混凝土并捕捉反射信號，從而明確缺陷的位置和性質。其次，通過定位隱蔽缺陷，工程團隊能夠更加精準地規劃和實施病害修復措施，使修復工作能夠有針對性地聚焦于受影響區域，避免不必要的拆除和修復，從而降低維修成本和時間。最后，通過及時發現和修復混凝土結構中的隱蔽缺陷，可以有效防止缺陷進一步擴展，保障了橋梁樁基的長期穩定性和耐久性[3]。

2.3 節約維護成本與工程周期

混凝土超聲波檢測技術在橋梁樁基檢測中具有重要意義。首先，通過利用超聲波進行無損檢測，工程團隊可以快速而準確地評估混凝土結構的健康狀況，并及時發現潛在的問題，從而避免因未察覺的缺陷而導致更嚴重的結構損害。其次，該檢測技術有助于規范維護措施，使維修工作更具有針對性，通過深入了解混凝土結構的實際狀況，工程團隊可以有針對性地制訂維護計劃，避免對未受影響區域進行不必要的維修，從而降低了整體的維護成本。最后，通過更迅速、更準確地對問題區域進行定位，工程人員可以更高效地進行修復工作，縮短維護工程周期，減少對橋梁樁基的停工時間，從而提高工程的整體效率。

3 橋梁樁基檢測中超聲波檢測技術的具體方法

3.1 樁內單孔透射法

樁內單孔透射法主要是對鉆芯檢測進行良好的補充，在該方法使用過程中，需要在樁基內部預留一個合適的孔洞，并在此安裝具備發射和接收功能的換能器。在實施檢測時，通過添加隔音材料對整個系統進行內部隔離，使換能器能夠在不受外界干擾的條件下工作。具體操作中，由換能器發出的超聲波在耦合劑的作用下穿透混凝土，經過曲折的線路回到不同接收器上，工程人員可以根據該過程所產生的各種聲學參數判斷混凝土的內部結構，從而揭示樁內潛在的缺陷、異物或裂縫等問題。

3.2 樁外孔投射法

樁外孔投射法即在樁基外部鉆取孔洞進行操作，其優勢在于操作簡單且對樁基本身沒有要求，增加了檢測的靈活性，該方法適用于未提前預留孔洞的橋梁樁基中。該系統包括發射換能器、接收換能器以及聲波檢測儀三個主要部分，在具體安裝中，在頂部發射換能器，在孔洞中接收換能器，使其能夠接收通過樁基混凝土和土層傳播的聲波。同時，在進行測量時，發射換能器產生高頻超聲波信號，該信號通過樁基混凝土并穿透至土層，在該過程中，聲波與混凝土內的缺陷、異物等發生交互，導致部分信號被反射或散射。此外，接收換能器記錄該反射和散射的聲波信號，并通過聲波檢測儀分析該數據，最終得出關于樁基內部的結構信息[4]。

3.3 跨孔投射法

跨孔投射法作為超聲波透射檢測法中的重要手段，其能夠提供詳盡的檢測范圍和高靈敏度，該方法被廣泛應用于深埋結構如橋梁樁基的缺陷檢測。為保證檢測效果，需要在橋梁樁基內部預設兩根聲測管，將清水注入其中，并利用發射換能器和接收換能器進行實際操作，聲波將通過耦合劑穿透混凝土，并通過接收信號確定檢測范圍。該方法通過在樁基內預留聲測管，聲波能夠在混凝土結構內部的傳播過程中與潛在的缺陷、異物等進行交互。同時，發射換能器產生的聲波在透射混凝土后，經過耦合水傳遞到接收換能器，其接收的聲波范圍直接反映混凝土結構內的聲學特性，從而揭示內部潛在問題的位置、形狀以及大小等關鍵信息。

4 橋梁樁基檢測中混凝土超聲波檢測技術的應用

4.1 混凝土強度檢測

在混凝土超聲波檢測技術應用過程中，通過超聲波的傳播特性，可以獲取混凝土內部結構的聲學信息，從而推斷混凝土的強度狀況。首先，在實施混凝土強度檢測時，通常采用超聲波脈沖回波法，該方法通過測量超聲波從發射器發出后在混凝土中傳播并被接收器接收的時間，計算聲波的傳播速度。其次，混凝土中的超聲波傳播速度與混凝土的彈性模量和密度有直接關系，通過測量超聲波的傳播時間，可以推導混凝土的彈性模量，從而間接反映其強度[5]。

具體而言，工程人員首先在混凝土表面涂覆適當的耦合劑，以確保超聲波能夠有效地傳播到混凝土內部。其次，超聲波發射器向混凝土發射脈沖超聲波，并利用接收器記錄超聲波的回波時間。再次，通過將傳播時間代入相關公式，計算得出混凝土的聲速。最后，利用彈性模量與密度之間的關系，得到混凝土的強度。假設超聲波的傳播時間為5ms，通過試驗或文獻資料得知混凝土中超聲波的傳播速度為5000m/s，可以利用公式（1），估算混凝土的彈性模量，從而得出其強度。

彈性模量=密度×（傳播速度）2（1）

通過利用超聲波檢測技術，工程人員能夠在不破壞混凝土表面的情況下直接獲取混凝土內部結構的強度信息，為橋梁樁基的結構安全性評估提供了精準而可靠的數據支持。

4.2 混凝土裂縫檢測

混凝土裂縫是橋梁樁基結構中的常見問題，而超聲波檢測技術為非破壞性、高精度的裂縫檢測提供了有效手段，該技術利用超聲波在混凝土中傳播的特性，通過發射和接收超聲波定位和分析裂縫的位置、長度和深度。在實施過程中，超聲波發射器產生脈沖超聲波，穿過混凝土結構，當遇到裂縫時，部分波能被反射或散射，而另一部分可穿透裂縫并到達接收器。同時，通過記錄反射和透射的超聲波信號，工程人員可以分析其特征，從而得出裂縫的詳細信息。

比如，利用超聲波檢測技術測量一座出現裂縫問題的交叉橋，在測量中，超聲波發射器向混凝土結構發射高頻脈沖超聲波，并通過接收器記錄反射和透射的超聲波信號，清晰地定位和測量了裂縫的長度和深度，并通過反射和透射的超聲波數據分析揭示裂縫的具體情況，見表1，從而為工程團隊制訂有效的修復計劃提供有利依據，進一步凸顯了超聲波檢測技術在混凝土裂縫檢測中的實際應用和價值。

表1 混凝土裂縫檢測

4.3 混凝土孔洞檢測

超聲波檢測技術通過發送聲波并測量其傳播時間，可以有效探測混凝土內部的孔洞，混凝土孔洞通常導致聲波的傳播速度減緩，從而在檢測圖譜中形成明顯的反射。一般來說，較高頻率的超聲波適用于淺層小孔洞檢測，而較低頻率的超聲波更適用于深層孔洞的檢測，因此為實現混凝土孔洞的準確檢測，需要采用合適的超聲波頻率和傳感器布置。此外，適當調整超聲波的入射角度和傳感器的間距，可以提高檢測的靈敏度和準確性。比如，對某橋梁樁基混凝土結構的孔洞進行檢測，通過采用超聲波檢測技術，專業團隊成功探測深埋在混凝土內的孔洞。在檢測過程中，使用頻率為2MHz 的超聲波，并優化傳感器布置，檢測結果顯示，樁基混凝土結構中存在多個孔洞，其尺寸和分布情況清晰可見，孔洞的平均直徑為10mm，深度在30～50cm 之間變化，該數據為后續的維護工作提供了準確信息。同時，通過對其進行修復，提高了結構的整體穩定性，延長了樁基的使用壽命，確保了橋梁的安全運行。

4.4 混凝土厚度檢測

混凝土超聲波測厚儀通過發射高頻聲波，測量聲波從混凝土表面到達鋼筋的時間，從而計算混凝土厚度。使用該設備時，首先需要打開超聲波測厚儀，并將其與計算機或移動設備連接。其次，需要根據不同混凝土結構選擇合適的探頭，根據檢測要求合理設置波速和探頭頻率，并將其設置到超聲波測厚儀上。最后，超聲波在混凝土中的傳播參數與混凝土結構的強度存在一定的相關性，根據其相關性可以得到混凝土強度值。

4.5 樁基混凝土均勻性檢測

超聲波檢測技術是一種非破壞性、高效、準確的樁基混凝土均勻性檢測方法，其能夠有效地評估混凝土的質量狀況，為橋梁工程的安全和穩定提供科學依據。在實際檢測過程中，首先，需要將超聲波探頭放置在待測樁基混凝土表面，通過發射超聲波并接收反射波信號，獲取混凝土中的聲學參數信息，包括聲速、振幅、波形等，其與混凝土的物理性質密切相關，因此可以通過分析該參數判斷混凝土的均勻性和強度。其次，為提高檢測的準確性和可靠性，檢測人員通常在樁基的不同位置和深度進行多次檢測，并根據檢測結果評估混凝土的整體均勻性。若發現混凝土存在不均勻或質量問題，應采取相應措施進行修復和加固，以確保橋梁結構的安全性和穩定性。

4.6 樁基質量評估

橋梁樁基質量評估是保障結構安全和性能的重要環節，而混凝土超聲波檢測技術為其提供了高效可靠的手段。通過超聲波技術進行樁基質量評估涉及超聲波的傳播速度與混凝土質量之間的關系，并以此推斷樁基的質量狀況。首先，進行樁基質量評估時，需要在樁體表面選擇若干代表性的檢測點，利用超聲波發射器在此檢測點上產生高頻脈沖超聲波，該超聲波會穿過混凝土，其中的反射、散射和透射波將被接收器捕獲。其次，測量聲波的傳播時間以及波的幅度等數據是評估樁基質量的關鍵步驟，在實際操作中，聲波的傳播速度通常與混凝土的密度和彈性模量有直接關系，因此，通過測量聲波傳播的時間和計算聲速，可以推斷混凝土的密度和彈性模量，從而間接評估樁基的質量。如果在樁體表面測得聲波傳播速度為3000m/s，通過已知的混凝土密度與彈性模量關系，可以計算相應的質量評估指標，這一數據分析的過程對橋梁樁基質量提供了直觀了解，有助于發現其潛在問題并采取相應維護措施。

5 結語

綜上所述，混凝土超聲波檢測技術在橋梁樁基檢測中展現了巨大的應用潛力和優勢。該技術具有無損、高精度等特性，可以實時、全面地評估樁基內部結構，幫助及早發現和診斷潛在問題，為工程人員進行橋梁維修提供了有效手段。未來，相關人員應不斷深入研究和創新混凝土超聲波檢測技術，并促進其在更多實際工程中得以廣泛應用，從而為交通基礎設施的可靠性和安全性提供有力保障。