张 利 陈华江
（台州市公路水运工程监理咨询有限公司，浙江，台州，317000）
【摘 要】本文分析了超声波透射法在基桩检测中的应用，希望能够对检测施工实际提供一些借鉴和参考。
【关键词】超声波；透射法；基桩检测；应用
一、前言
当前，公路桩基是最为重要的公路桥梁基础部分，其质量好坏直接关系到公路桥梁的安全。但是在施工过程中，由于基桩隐蔽性强，施工难度大，对技术要求也相对较高，容易出现质量问题，对后期的补救工作造成很大的难度。因此，在公路桥梁建设中，要通过检测手段对基桩进行检测，保证其质量。
二、超声波透射法简析
对超声波透射法进行分析是一项系统性的工作，其主要内容包括了技术原理、使用设备、常用参数等内容的分析。以下从几个方面出发，对超声波透射法进行了简析。
1、技术原理
在桩基础的检测过程中,通过对比接收声波信号的波形、波速及波幅与发射信号的波形、波速与波幅之间的差异,推断桩身混凝土中所存在的缺陷的类型,缺陷的范围以及缺陷的位置,初步估算缺陷大小,最后判定桩身完整性.声透射法对桩身缺陷的检测常采用以下几点作为缺陷判别依据：
（1）根据超声波透过混凝土时的能量衰减特性,根据相应的原理判断缺陷的存在及大小。
（2）根据超声在混凝土中传播中的声学参数,判断测点位置处缺陷的范围,并根据相关计算公式计算缺陷大小。
（3）根据不同频率成分超声在不同缺陷时的衰减程度,或根据接收波频谱与反射波频谱差异,判断桩身可能存在缺陷。
（4）根据缺陷处对连续波形的破坏情况或波形畸变现象,判断桩身缺陷。
2、使用设备
在超声波透射法的应用过程中，超声波检测往往需要能够解决声能和电能相互转换的问题，因此这意味着通常会需要使用声波换能器来解决这一问题。在超声波透射法的应用过程中RS-06D（T）自动测桩系统和RS-06D（T）型超声仪都是得到广泛应用的设备，这些设备的应用能够有效提升自动系统的运行效率，并且能够使用自动提升系统的机械滑轮装置，从而能够十分轻松地移动并且定位声测管内存在的换能器。
3、常用参数
在超声波透析法的应用过程中通常会需要不同参数的支持，例如在公路工程中常用的混凝土质量检测中，较为常用的超声波学参数主要包括了波速、波幅、频率、波形等内容。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除此之外，在混凝土桩的完整性测试过程中其波速与其弹性的性质通常是与其混凝土的内部结构有关，而波幅则往往表示声波在穿过混凝土后的能量衰减程度，这一指标的强弱通常会与混凝土桩的塑性有关，即其对于缺陷区的反应比声时更为敏感。而接收波的主频率其本质是介质衰减作用中的一个表面参数，即当其遇到桩身的缺陷时会出现较为严重的衰减，而接收波形这一参数可以根据波形的畸变程度来作为判断缺陷的重要参考依据。
三、超声波透射法的要点
1、混凝土灌注桩易出现各种各样的质量问题，如断裂空洞、缩径、离析、沉渣过厚、混凝土强度偏低等。如何测定缺陷的位置，并准确地对其进行评价成为基桩质量检测的一个核心问题，超声波检测法在灌注桩检测中具有绝对的优势。超声波透射法是检测混凝土灌注桩桩身缺陷、评价其完整性的一种有效方法，当超声波经混凝土传播后，它将携带有关混凝土材料性质、内部结构与组成的信息，准确测定超声波经混凝土传播后各种声学参数的量值及变化，就可以推断混凝土的性能、内部结构与组成情况。
2、基桩的超声波透射法检测需要分析和处理的主要声学参数是声速、波幅、主频，同时要注意对实测波形的观察和记录。如何在这些数据的基础上，对桩的完整性、连续性、强度等级等做出判断，是超声法检测的关键。经比较后，采用声场阴影区重叠法。
3、对被测信号进行快速变换，就要对时域信号进行截断，即在时域对信号设置窗函数，截断会使谱分析精度受到影响。如果时域信号是周期性的，而截断又按整周期取数，信号截断不会产生问题，因为每周期信号都能代表整个周期信号变化情况。若不是整周期截取数据，则会产生频谱泄漏影响测量结果。目前减少频谱泄露的方法主要有两类：第一类是通过减少同步误差来降低频谱泄漏，即采用整周期截断；二类是在同步误差一定的情况下。通过对采样数据的处理或对测量结果的修正来减少测量误差。加窗函数属于第二类方法，而当前主要使用加窗来减少误差。
4、通过对矩形窗、汉宁窗、布莱克曼窗做matlab仿真分析得出，这三种窗的旁瓣幅值从矩形到布莱克曼依次降低，向领域的谱泄漏逐渐改善，但主瓣宽度逐渐增加，主频精度降低，主瓣精度和频谱泄露是一对矛盾体，因此想要得到全面准确的频谱，如何选择窗函数十分重要。
四、实例分析
某水运工程采用桩基础，设计桩长118m，为超长桩，桩身设计直径φ2200mm，同样埋设4根超声检测管，于成桩30d后进行首次超声波检测。
检测时发现4号检测管在桩顶以下80m附近堵管。从实测波形可以看出，在桩顶以下－4.6m附近有4个剖面的检测参数异常，PSD增大，v值低于混凝土声速低限值，A值降低，桩身完整性存在异常；桩顶以下－45.5～－46.8m范围内6个剖面的检测参数均明显异常，PSD明显增大，v值明显低于混凝土声速低限值，A值明显降低，桩身完整性存在明显异常。而后又对明显异常区域抽取了3个剖面进行了斜测复核，所测波形如图3所示，PSD－H曲线、v－H曲线及A－H曲线突变点均较多，且声波接收信号严重畸变，验证了该处区域存在明显缺陷。
为确保基桩质量，又对该桩进行了钻孔取芯检测试验结果与超声波透射法检测结果基本一致。随后施工单位对缺陷部位进行高压水下切割、清渣及压浆等处理，28d后再次进行了超声波检测。
与第一次波形比较可以看出，原桩顶以下-4.6m附近的异常波形已被正常波形取代，表明缺陷已修复;而桩顶以下-45.5一-46.8m范围内检测波形与前检测波形相似，各项异常检测指标的位置、范围、程度也基木相同，桩身完整性无明显提高。
为进一步检测该桩的桩身质量，对其进行垂直静载荷试验，结果表明处理后的试桩承载力虽然有所下降，但仍能满足设计的承载力要求。因此，桩身完整性与承载力为桩的两个不同的指标，桩身存在缺陷时，可通过静载荷试验复核其承载力，当其满足设计的承载力要求，且其缺陷对桩身耐久性影响不大时，该桩仍可被利用，无需进行废桩处理，从而节约了工程造价。
因此，对于大直径超长桩而言，用超声波透射法来检测桩身混凝土质量能做出准确的判断，较为可靠，可为工程排除隐患，为工程的顺利完工提供保障。
五、结束语
综上所述，超声波透射法在公路桥梁基桩检测中的作用很大，对于基桩质量起到了很好的保障作用。该项技术具有广阔的应用空间。
参考文献：
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[2]黄志伟.超声波检测桩完整性的模糊综合评判研究[D].广东工业大学,2008
[3]朱理生.超声波法检测灌注桩缺陷的探讨[J]交通科技，2014,25:36
论文作者:张利,陈华江
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年11月供稿
论文发表时间:2016/1/26
标签：超声波论文; 缺陷论文; 波形论文; 混凝土论文; 频谱论文; 参数论文; 信号论文; 《工程建设标准化》2015年11月供稿论文;