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摘要：超声波法与低应变反射波法是目前我国桥梁基桩完整性检测最常用的两种方法，作为两种经济、高效的无损检测方法，由于检测原理、方法、条件的差异，其检测过程也有各自的优缺点和极限性。为了高效、准确、科学的评价桩基质量，有必要充分了解两种检测方法的优缺点，扬长避短，综合应用于基桩完整性检测中。
关键词：超声波法；低应变法；桥梁基桩；检测应用
引言
桥梁基桩低应变检测也叫小应变检测，它的波来源于震动，就是锤击或“水电效应”激震，用仪器采集震动波穿过桩身后遇桩底界面反回所载的信号，通过仪器放大、过滤、处理、分析出基桩混凝土的密实及完整情况；而超声波检测是仪器自己发射的超过声音频率的波穿过被测物并反射回来，收集这个超声波所载信息进行处理、分析被测物内部情况。仅其收集、处理、分析等过程方法，两者近似，原理相同。
1 超声波法检测桥梁基桩的原理分析
所谓超声波，实质上它就是一种机械波，机械波我们都知道，超声测试的物理上的基础是机械振动以及波动，另外，这种波也是一种弹性波测试方法，弹性波在固体中的传播就是超声波在固体中传播的理论上的基础。目前来看，在一个相当长的时期之前超声波技术就已经运用到对混凝土进行无损质量检测。超声波透射法所采用的仪器非常轻便并且具有极强的抗干扰性能，更加突出的是它的观测具有非常高的准确度，观测的结果非常直观，就是因为这样，超声波法得以广泛的使用，并且这种方法已经越来越成熟。超声波透射法，首先在基桩内提前埋好部分数量的声测管，这些声测管是声波发射的通道，同时也是换能器接收的通道。将提前准备好的超声脉冲发射以及接收探头都放于声测管内，并且要在声测管中注入清水，注入清水的目的是作为耦合剂来使用，超声脉冲发射出周期性的电脉冲，电脉冲穿透混凝土之后被接收探头接收并直接转换成电信号。在这个过程中，设备当中的测量系统会精确地测量好超声脉冲穿透桩体所需要的时间以及接收波的幅值，并也测出接收到的波形和频谱等等。当这些数据都出来后，在经由设备的数据处理分析系统进行综合分析评定，就可以知道所用到的混凝土的缺陷所在、缺陷性质等重要结果，这时候，混凝土的均匀性以及自身的强度等级也就可以估计出来了。
2 低应变法检测桥梁基桩的原理分析
低应变法检测桥梁基桩的原理与超声波法检测桥梁基桩的原理大不相同，低应变法，也叫低应变反射波法，一维应力波理论是低应变反射波法的基础，在桩基检测当中，往往会在基桩的顶端施加一个竖向的激振，这个时候，产生的弹性波就会在桩身的方向沿着它向下面传播。此时，如果桩身发生明显的变化比方说桩身自身的截面积变化，那么将会导致应力波产生反射现象。出现此现象时，对其进行放大以及滤波最后再进行数据等的处理，就完全可以得出来自基桩桩身的各个部位的反射信息，根据这些信息就可以得出基桩桩身的完整性情况以及缺陷的位置、严重程度、崁岩桩桩底的质量等等。
3 超声波法和低应变法在桥梁基桩检测时的特点分析
超声波法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身的完整性检测。检测前在桩身中预埋若干根声测管，在管内注满清水作为耦合剂。然后将超声脉冲发射和接收换能器分别置于两根声测管的同一高度。测试过程中两个换能器同步移动，发射换能器发射的超声脉冲通过桩身混凝土被接收换能器接收。当桩身出现缺陷时，可以通过加密平测，斜测，扇形扫测确定桩身缺陷的位置和范围。一般情况下，超声波法的检测结果比较准确、可靠，不受桩长、桩径、场地工程地质条件及缺陷复杂程度的影响，但同时也存在一定的检测盲区。如图1所示，阴影部分为超声脉冲传播路径，阴影部分的外侧为检测盲区，对于桩身在该部位的轻微缺陷有可能漏判。另外在实际的施工过程中，由于保护措施不够，常导致声测管堵塞和倾斜，致使检测数据不全或异变。
低应变法适用于各种混凝土桩的完整性检测，检测时测量传感器采用耦合剂牢固安装于灌注桩距桩中心约2/3半径处，激振点位置选择在桩中心。低应变检测反映的是桩身阻抗的变化，是对桩身缺陷部位缺陷程度的定性反映，对于缺陷的类型、方位、范围的大小难以准确的判断。而且由于桩身混凝土强度与混凝土波速之间没有严格的对应关系，对桩长的检测结果也存在一定的误差。此外，低应变法检测结果的准确性还易受到桩长、桩径、场地工程地质条件、缺陷复杂程度及检测技术人员理论水平及经验等条件的影响。针对以上两种检测方法的特点，在桥梁基桩完整性检测中应该以超声波法为主，以低应变法检测为辅。对于大直径、超长的水下灌注桩应100%预埋声测管，并给以声测管严密的保护措施，尽量避免声测管堵塞、倾斜。若个别声测管堵塞或超声波法检测有异常时，可采用低应变法复测，以综合判定桩身完整性等级。对于人工挖孔干灌桩，可部分预埋声测管，检测时全部基桩均应进行低应变法检测。未预埋声测管的基桩低应变检测结果可对照参考已预埋声测管的基桩的低应变检测结果并结合其超声波法检测结果综合分析判断桩身完整性。
图1 超声波法检测断面示意图
4 低应变反射波法与超声波在桥梁基桩检测中的应用及现场测试注意事项
超声波无损检测技术是通过超声波与试件相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。具体的应用步骤如下：首先，在灌注桩浇筑前预先在其两侧预埋声测管，根据桩的直径埋置两到三个声测管，管的直径比探头略大。其次，将其下端封闭，测试时在管内注满清水，使两探头水平相对放置，通过探头在桩身的上下移动读出各测点的声时值，从而确定出缺陷异常点的位置和范围。另外，超声波无损检测技术也可以用来检测钢管混凝土中钢管内部的混凝土注浆密实度，以供施工单位及时采取相应的补救措施，将损失减小到最低。最后，注意事项：测试前要收集桩基施工记录，场地地质资料；被测桩应凿去浮浆，平整桩头，切除桩头外露过长钢筋，桩头要保持干燥；要选择合适的激振设备、传感器、激振部位；传感器安装要牢固，选择合适的耦合物，如黄油、橡皮泥、石膏；每根被检测桩要进行3次以上重复测试及选择不同的激振部位，以保证采集曲线的可靠性。
结束语
理论与实践证明超声波法与低应变法均是非常行之有效的基桩完整性检测方法，它们各有其优势和局限性。在桥梁基桩检测中应结合工程实际情况，充分理解、利用两种检测方法的特点，使其优势互补，扬长避短，综合应用于桥梁基桩完整性检测中，是能够提高检测效率和准确度的。
参考文献：
[1]谷林峰.超声波法与低应变法在桥梁基桩检测中的综合应用[J].山西建筑.2013（21）
[2]赵玮.超声波法和低应变法在桥梁基桩检测中的应用探析[J].黑龙江交通科技.2013（07）
[3]刘占文.超声波法和低应变法在桥梁基桩检测中的应用[J].山西建筑.2012（29）
论文作者:李挺
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/22
标签：超声波论文; 桥梁论文; 混凝土论文; 缺陷论文; 应变论文; 完整性论文; 超声论文; 《防护工程》2018年第33期论文;