摘要：超声波技术是检测路面对超声波的反射状况而得到的相关数据，进而判断结构内部损坏情况的技术手段。随着公路、桥梁、隧道等结构物的大量建设，超声波以无破损、易操作、速度快等特点在公路质量检测中得到极为广泛的应用。
关键词：超声波；施工检测；应用
1 公路工程试验检测的必要性
公路工程施工过程中，不仅要重视专业技术的应用，管理也是不可忽视的，尤其是在质量管理方面。公路工程试验检测工作在一定程度上决定了工程质量管理，是公路工程管理的一项重要手段。公路工程在施工之前首先要按照国家质量标准和设计文件的要求来试验鉴定进场的原材料、成品和半成品构件，根据试验结果来看是否需要采用它们，并且还能够为完善设计理念和施工工艺积累实践资料。根据测试，对下一阶段控制变量进行预测和制定调整方案，实现对结构的施工控制。从桥位放样到每一工序和结构部位的完成，均须通过试验检测判定其是否符合质量标准要求，经检验符合质量标准后方可进行下一工序施工。否则，就需要采取补救措施，更严重的要进行返工；试验检测又是评价工程质量缺陷和鉴定工程事故的手段。通过试验检测，为质量缺陷判定提供实测数据，以便准确判别质量缺陷和事故的性质、范围和程度，合理评价事故损失、明确事故责任，从中总结经验教训。
2 超声波法的基本原理
超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是:由超声脉冲发射源向混凝土内发射高频弹性脉冲波,并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性；当混凝土内存在不连续或破损界面时,缺陷面形成波阻抗界面,波到达该界面时,产生波的透射和反射,使接收到的透射波能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时,将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征,可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波特征,经过处理分析就能判别测区内混凝土存在缺陷的性质、大小及空间位置。由于混凝土是由多种材料组成的多相非匀质体,对于正常的混凝土,声波在其中传播的速度是有一定范围的,当传播路径遇到混凝土有缺陷时,如断裂、裂缝、夹泥和密实度差异等,声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过,声波将发生衰减,造成传播时间延长,使声时增大,计算声速降低,波幅减小,波形畸变,利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化,来分析判断桩身混凝土质量。
3 声波投射测试方法
声波透射测试方法有平测法、斜测法和扇面测法三种，一般采用平测和斜测两种方法。
（1）平测法是将发射和接收两换能器始终保持在同一标高上，进行测试，通过平测可知道缺陷在垂直方向上的区域大小和严重程度。
（2）斜测法是发射和接收两个换能器不在同一标高上，进行测试。
（3）扇形测法即固定某一固定换能器，将另一换能器等间距移动，两换能器高程差不停变换，形能一扇面。其次，采用平测法时，容易将水平向较大而竖向很小的缺陷给漏掉。再次，存在一定范围的测试盲区，即只能测出声测管之间一定范围内砼是否有缺陷，不能准确测出桩身整个断面是否有缺陷。
4 数值判据法
4.1 概率法
正常情况下，由随机误差引起的混凝土的质量波动是符合正态分布的，这可以从混凝土试件抗压强度的试验结果得到证实，由于混凝土质量与声学参数存在相关性，可大致认为正常混凝土的声学参数的波动也服从正态分布规律。混凝土构件在施工过程中，可能因外界环境恶劣及人为因素导致各种缺陷，这种缺陷由过失误差引起，缺陷处的混凝土质量将偏离正态分布，与其对应的声学参数也同样会偏离正态分布。所以，只要检测出声学参数的异常值，其对应的位置即为缺陷区。
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4.2 PSD判据法
对于由声时、波幅衰减确定的异常区，结合PSD曲线进行综合分析，采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近明显变化时，应将其作为可疑缺陷区。PSD判据的物理意义为：声时-深度曲线相邻两点的斜率与相邻时差值的乘积，根据PSD值在某深度处的突变结合波幅变化情况，进行异常点判定，该判据对声时具有指数放大作用。因此，缺陷区PSD值较声时反映明显，而且运用PSD判据基本上消除了声测管不平行或混凝土不均匀等因素所造成的声时变化对缺陷判断的影响，但如果声时读数有错误，那么PSD会将错误数据进行放大，造成误判。
4.3 声阴影重叠法
所谓声阴影重叠法，就是当超声脉冲束穿过桩体并遇到缺陷时，在缺陷背面的声强减弱，形成一个声辐射阴影区，在阴影区内，接收信号波高明显下降，同时声时增大，甚至波形出现畸变。若采用两个方向检测，分别划出阴影区，则两个阴影区边界线交叉重叠所围成的区域，即为缺陷的确切范围。其基本方法是：一个换能器固定不动，另一个换能器上下移动，找出声阴影的边界位置，然后交换测试，找出另一面的阴影边界。边界线的交叉范围内的重叠区，即为缺陷区。在混凝土中，由于各界面的漫反射及低频声波的绕射，使声场阴影的边界十分模糊。因此，需综合运用声时、波幅、频率等参数进行判断，在这些参数中波幅是对阴影区最敏感的参数，在综合判断时应赋予较大的“权数”。当需要确定局部缺陷在桩的横截面上的准确位置时，可用多测向叠加法，即根据几个测向的测量结果通过作图法进行叠加，交叉重叠区即为缺陷区。
5 测试结果的影响因素及解决办法
5.1 测试结果的影响因素
（1）横向尺寸效应：要求纵波速度应在无限大介质中测得。
（2）温度和湿度：当环境温度在5～30℃情况下、因温度升高引起的速度减小不大。当环境温度在40～60℃度之间时，速度降低5%。
（3）钢筋的影响：钢筋中超声传播速度比普通混凝土的高1.2～1.9倍。
（4）骨料品种、粒径、含量的影响：超声波在骨料中的传播速度高于混凝土中的速度。因此，声道路上的粗骨料多，声速则高，反之则低。
（5）水灰比和水泥用量的影响：随着水灰比的降低，混凝土的强度、密实度以及弹性性质相应提高，反之则降低。
5.2 处理办法
由上可见，测试结果受到多方面因素的影响，因此如何消除这些影响对使用该法进行相关检测就显得至关重要。目前，国内外在超声检测混凝土强度的规程、方法以及建议中均须以一定数量的相同技术条件的混凝土试件进行校正实验，即预先建立强度校正曲线，然后用声速推算混凝土的强度，这样推算的强度值才能达到比较满意的精度。采用该方法适用于检测和试件相同技术条件下的混凝土制品的强度，测试精度高。并且由于采用了相同的材料制备的试件，因此在推算混凝土强度时，不存在影响因素，因而无须对试验结果进行修正。
6 结论
公路工程质量一定要给予高度重视，超声波作为一种混凝土无损检测新技术，可以准确地确定出结构物强度，通过超声波的反射状况而得到的相关数据，判断结构内部损坏情况，从而为更好地对结构物实施维修加固提供了科学依据。
参考文献
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[2]雷振明.谢勇.探讨桥梁桩基检测中超声波法的应用[J].广东科技.2009（02）.
[3]梁劲毅.温永钦.超声波法在桥梁桩基检测中的应用[J].山西建筑.2010（34）.
论文作者:任冠群
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/20
标签：混凝土论文; 缺陷论文; 超声波论文; 判据论文; 声波论文; 阴影论文; 测试论文; 《基层建设》2017年第9期论文;