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摘要：桩基有承载和抗震的作用，作为桥梁工程最重要的组成部分，桩基质量的好坏直接影响到整个桥梁工程结构的安全。因此，超声波检测是现在比较常见的检测桥梁桩基质量的方法，在实际检测过程中会受到很多因素的影响。本文简单介绍了超声波检测技术，主要研究分析管距对桥梁桩基超声波检测干扰影响。
关键词：管距；桥梁桩基；超声波检测
1、引言
我国基础设施建设一直在稳步推进，桩基作为重要的组成部分被广泛应用到各种桥梁工程建设过程中。但是桥梁桩基的建造施工过程往往会受到多方面的影响，如何更好地保证桩基的建造质量成为建造者们需要面临的问题。使用可靠的检测技术能够为工程建设提供质量保证，超声波检测是现在工程建设过程中最为常见的一种检测方法。超声波检测法相对于传统的检测方法，不仅可以准确发现并定位缺陷位置，还有检测深度和半径大的特点，提高了检测质量和检测效率。由于桥梁桩基是建造在地面以下，测量时需要保证声测管相互平行，但是在实际检测过程中难以实行，因此难以测量出对应的实际管距。当声测管的位置过于接近时，容易造成波速过大，进而影响声速临界数值。当声测管的位置过于大时，容易造成波速偏低，产生误判。因此，无论声测管的位置过大或者过小都会影响到检测结果的准确性，对管距对桥梁桩基超声波检测干扰探讨有重要意义。
2、超声波法检测桥梁桩基
2.1 声测管的埋设
超声波法检测桥梁桩基时，需要在桩基内预埋声测管，而声测管埋置数量一般是由桩基的直径D决定。声测管一般采用钢管和塑料管等有一定强度和刚度的材质，保证桩基浇灌时不产生形变甚至破损。一般情况下：
D≤800mm —— 2根，
800mm<D≤1600 ——≥3根，
1600mm<D≤2500 ——≥4根,
声测管的埋置主要方式如图1所示。
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图3 RS-ST01D数字超声仪工作原理
3、管距对桥梁桩基超声波检测干扰影响
3.1 管距和波速、波幅的关系
混凝土是影响波速和波幅的主要因素，以下数据来源于同一工程且同一统一标号（C30）混凝土制作的4批不同直径（D=1200mm、1500mm、1800mm、2000mm）的桥梁桩基。然后每批选取10组桥梁桩基取平均值进行数据分析，制得不同管距下声学参数表（部分如下）。
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图5 管距与波幅的关系
由图4计算得出相关系数R=0.976，查表系数R为相关显著水平。因此得出声速和管距变化关系显著，管距增加时声速减小，管距减小时声速反而增大。由图5可以明显看出，随着管距增加波幅没有产生大幅度的变化趋势，两者的变化关系不大。
3.2 结合工程实例分析管距对桥梁桩基超声波检测影响
3.2.1 工程概况
对很多桥梁桩基的设计分析时，桩的直径往往并不是完全统一的，所以对应的声测管的管距也是不一样的。声学参数根据不同的桩基直径对应声测管的距离会有所不同。根据上述结论，由于桩基直径的不同，还要对波速、波幅进行数据修正。并且在实际测量使用仪器的过程中，还要对相关声学参数进行测试和修正。对此，我们选用了两个不同的工程实例，对管距对桥梁桩基超声波检测影响进行分析。工程实例A的声测管距离变化范围为840 ~ 2160mm，工程实例B声测管的距离变化范围为800~ 1200mm。在两个工程实例桥梁桩基浇灌28d之后，对同一个断面的不同监测点进行检测，希望得到不同管距下对超声波检测的影响规律。工程实例A的测距选取840mm作为基准，工程实例B的测距选取800mm作为基准。其中：
波幅比值=基准波幅/实测波幅；
波速比值=基准波速/实测波速。
3.2.2 数据拟合分析
把声测管的管距和波速比值、波幅比值进行最小二乘法拟合，对两组数据的散点趋势进行分析，得到最佳的对数函数。我们设函数f(x)=Elnx+F,系数E、F的确定如下：
设
M=∑ni=l[(yi-f(xi)]2 （3-1）
式中
yi为波速比值；
xi为实测的管距。
?M/?E=0 （3-2）
?M/?F=0 （3-3）
根据式（3-1）、（3-2）、（3-3）得出上述函数系数E、F的值。并且分别根据工程实例A、B的波速比值和管距拟合得到如下曲线。
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图7 工程实例B的波速比值和声测管的管距拟合曲线
从图6中能够明显看出，只有少数点比较分散，大多数的点具有很好的一致性趋势。出现这种原因是由于波速在声测管的管距为840mm时较快，根据工程实例A的实际情况，选取具有代表性的管距范围800mm~2160mm进行了曲线的拟合。除此之外的管距和波速比值分析需要根据实测数据进行拟合，本文暂不讨论。从图7中明显看出，拟合曲线的初始阶段斜率较大，曲线上点较少。这是由于工程实例B的桩基直径变化范围小，因此对应声测管的管距变化范围也较小，为800mm~ 1200mm。
通过对工程实例A、B的波速比值和声测管的管距拟合曲线图来看，两者的声测管管距在1000mm以下时，曲线都有很高的一致性；在此管距之后两者的曲线差别变大。造成这种现象的原因是由于两个工程实例桥梁桩基所用混凝土材料、工程所处具体环境和基准波速不同导致。但是，还需要对实测的波速和波幅进行修正，通过数据拟合得出不同声测管管距对应的修正值。以上的两组数据拟合仅适用于以上两个工程实例，对于不同的工程需要根据自身的实际检测数据进行拟合分析。
同样，对工程实例A、B的波幅和管距之间的关系进行修正分析，并且根据实测数据得到散点图8、9。进而根据散点图采用小二乘法拟合分析，得出两者为三次函数关系。
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图9 工程实例B的波幅比值和声测管的管距拟合曲线
从图8、9中可以明显看出，波幅修正系数和管距之间拟合的曲线比较符合。这是由于超声波波幅的大小能够呈现出声波在混凝土中的传播状况，声波能量衰减过快时得到的波幅大，同理，声波能量衰减慢时得到的波幅较小。并且根据上述结论也可以得出，随着测声管管距的增大，波幅开始减小。产生这样的原因是由于随着测声管的管距增加，桩基的内部就会有更多的缺陷，这样声波在桩基内传播的过程中就会衰减更快，进而造成波幅降低。但是除了管距会对波幅产生影响之外，波幅还受到检测设备和具体环境的影响。
4、结语
综上所述，我们不仅介绍了超声波检测法，还根据两个工程实例研究管距对桥梁桩基超声波检测干扰影响。根据工程实例的测试数据，拟合得到不同管距下波速、波幅的关系曲线，根据实际情况分析管距和波速、波幅的关系。希望通过我们的研究，使测试数据更加准确，为实际工程提供依据。
参考文献
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作者简介：
黄海霞（1976—）女，本科，汉族，工程师，主要从事工程试验检测工作。
论文作者:黄海霞
论文发表刊物:《防护工程》2019年20期
论文发表时间:2020/3/7
标签：桩基论文; 波速论文; 波幅论文; 超声波论文; 桥梁论文; 工程论文; 实例论文; 《防护工程》2019年20期论文;