李应锋
广西瑞宇建筑科技有限公司 广西南宁市530000
摘 要：随着我国经济实力的不断增强，城市化进程进一步加快，而作为城市化建设中的核心部分，市政桥梁建设的数量也日益增多，建设要求也不断提高。在实际施工的过程中，混凝土桩经常会产生黏合强度低、洞口缩小、容易崩塌等问题。工程竣工后，由于长期受负载压力、恶劣天气、车辆摩擦等因素的影响，混凝土桩基结构改变，与土体接触面及增大，地质结构也会因此发生改变，致使整体结构出现缺陷。因此，开展市政桥梁混凝土结构检测工作势在必行，通过严格的检测程序对其稳定性、安全性进行检测，并以检测结果为参考依据，对其中所存在的问题制定有针对性的解决方案，为桥梁工程的施工安全提供保障。
关键词：市政桥梁；混凝土；结构检测
1 桥梁混凝土结构检测技术研究
随着科技的发展，市政桥梁的检测方法也更加多样化，超声波检验、荷载量试验等方法最为常见。其中超声波检测技术的应用范围最广，且使用频率最高，因为其具备损耗小、速度快、成本低等优点。其检测的根本原理是超声波能够在在介质中弹性振动传播，在实际检测过程中，首先由测试仪产生脉冲信号，脉冲信号在发射探头和接收探头中实现机械振动至电磁振动能量的转化，最终以图像的形式反馈至分析仪器上，然后通过对其反射的曲线做进一步的分析来判定混凝土结构是否存在异常情况。
以混凝土为介质时，超声波的波速与介质的紧密程度呈正相关关系，即在同种介质中，距离一定时，超声波传播的速度越快，混凝土结构的紧密程度越高；若传播速率慢，则表示混凝土结构较为松散。例如，若混凝土结构中出现空洞、裂缝等情况，超声波在传输的过程中遇到此类情况时，波形便会发生变化，波峰、波幅等数据信息会受到严重影响，最终导致检测曲线异常。
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图1 超声波检测原理示意图
2 超声波检测技术要点
2.1 超声测管埋设技术要点
在进行超声波检测的过程中，声测管是必不可少的元件之一，其主要作用是将超声波所产生的机械振动转化为电磁能量，检测过程中需要使用大量的声测管，只有足够的声测管才能确保检测的全方位性和精确性。然而，声测管的数量过多不仅会导致检测成本过高，还会降低检测效率，因此，对于声测管的使用数量要综合考虑各方因素进行考虑，确保布设的经济性与合理性。例如，一般而言，一个直径不超过800mm的混凝土桩需要使用两个声测管；直径大小为800～2000mm的混凝土桩则至少应设置三根声测管，且应严格按照正三角形的形状进行安装；若混凝土桩的直径大于两千毫米时，则要按照正方形的形状埋设四根声测管。在实际的埋设过程中，声测管可直接焊接于混凝土桩中的钢筋框架内，也可借助特殊性能的线圈将其固定于钢筋框架通道内即可，但需注意的一点是，要进行平行埋设，确保检测不受其余物质的干扰。声测管的布设是否符合标准是混凝土检测工作的关键，所以在进行其余施工操作时，务必要谨慎操作，避免对声测管的埋设造成破坏。除此之外，还要充分重视声测管材质的选取，不同材质的声测管对能量和信号的传输效果也会有所差异。在检测过程中，脉冲信号发出后，以声测管为媒介，完成探头、声测管壁、混凝土层三者间的信号闭环传输，从而得到检测结果。
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式中，t1是指某一界面的声能透过系数，Z1Z2表示界面两侧介质的声组抗率。
由上式可得，总透声系数可表示为：t=t1×t2×t3×t4。所检测的物质的材质不同，声透系数也会有所差异，所以在进行实际检测时，要结合工程的实际情况选择适宜材质的声测管。使用较为广泛的声测管主要有塑料声测管、钢制声测管和钢质波纹声测管三种。其中，塑料声测管成本较低，声阻抗率也较低，多被用于直径较小的的混凝土桩中。大型混凝土桩中混凝土产生的化学反应散发出大量热量，致使其内部温度较高，塑料声测管容易产生变形，其检测结果可能存在较大偏差；钢质声测管硬度大、耐高温，可直接焊接在混凝土框架上，但经济性较低；水化热反应较大，混凝土内部热量积聚导致内部温度较高，可能影响塑料材质声测管的性能；与前二者相比，钢质波纹管不仅制作成本较低，且耐高温、柔韧性好，适用范围广。
2.2 检测过程注意事项
一般而言，混凝土桩的检测应在完工后的二十八天后开展。在进行检测前，要挖开混凝土桩的头部位置，并对其进行彻底的清理，确保其表面不存在任何的污染物和障碍物，对于无法清除的杂质，在确保混凝土结构及声测管的布设不受影响前提下，可直接将其磨平，务必保证混凝土中不含任何杂质。除此之外，为避免出现检测中信号中断等问题的产生，在检测前，要对检测仪器进行反复多次试验，最大程度地降低检测设备对检测结果的影响。需要注意的是，在检测不同大小的混凝土桩时，需使用不同规格的换能器，例如，检测直径较大且较长的混凝土桩时，要采用重量较大的换能器，以实现超声波信号的同步传输，降低检测误差。
2.3 检测结果分析要点
超声波频谱检测的结果的分析要重点关注幅度最大的主频率，并综合其余各个分段的幅度，最终获得不同的频谱曲线，进而从中提取异常曲线进行分析。在进行实际分析时，还要充分考虑客观条件对检测结果的影响，如检测仪器是否符合标准、是否出现漏波、叠波等问题。
3 混凝土结构缺陷判定方法
混凝土结构缺陷判定法的核心便是对现场检验所得的数据进行更深侧次的分析。在超声波检验技术中，振幅、超声波传播的速率以及传播的时间是最能够之间体现混凝土结构是否存在异常情况的三项参数，大部分的结构缺陷判定方法均是以这三种参数为根本依据，使用较为广泛的是声速概率法和PSD判定法两种方法。
3.1 声速概率法应用要点
一般而言，只要混凝土结构不存在异常情况，则其所对应的超声波曲线应呈正态分布，且即使检测设备存在偏差，也不会对曲线的分布产生影响。但如果混凝土结构存在空洞、离散等问题时，超声波曲线便不会呈标准正态分布，超声波学参数也会产生变化，若采用声速对混凝土结构的异常进行检测，则要严格按照正态分布进行计算，从中找出正常值与异常值的标准差，从而确定异常数据，并对其进行进一步的分析。综上所述，声速概率法的原理是以所检测位置的声速与平均声速间的差异值为根本依据来进行判定。声速及平均值计算方式如下：
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式中：t为声时值（μs）；
l为两根声测管外壁的距离（mm）；
n为测点数量；
Vi为第 i 个测点的声速值（km/s）；
Vm为混凝土声速平均值（km/s）。
若所测位置的声速明显低于平均声速临界值，则应将该区域进行重点标注（如图2阴影面积所示）。其中，声速的临界值平均声速与两倍声速的标准差的差值。
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图 2 声速概率法判定混凝土结构缺陷
在实际操作的过程中时，会出现由于平均声速与当前所测声速的标准差较小，而无法判定所得数据是否属于异常值，即声速概率法无法发挥其原有的效用的问题。遇到此类问题，便要更改比对标准，引入声速底限值，将其作为新的判定依据。
3.2 PSD 评价法应用要点
在构建的过程中，受各类外界环境的影响，容易造成混凝土结构不均匀进而致使进行超声波检测时，声波不能够集中。除此之外，在声测管的布设时，声测管固定的角度、埋设位置等均可能存在偏差，导致声测管扭曲，检测结果与理论值严重不符。PSD 评定法的使用可有效避免此类问题的产生。
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式中：titi-1为第 i、第 i-1 个测点的声时值；
ZiZi-1为第 i 个测点的深度值。
与声时概率法不同的是，PSD 评定法在其基础上结合了数理统计的方法，对检测数据进行了更加详细、具体的分析。PSD评定法主要运用声时参数与深度曲线二者间的斜率乘以声时差来对数据的异常值进行判定。PSD评定法的判定结果比声时概率法所得的结果更加准确，这主要是由于PSD判定法受其余因素的影响较小，如声测管埋设有所偏差、混凝土介质中存在杂质等问题几乎不对其造成影响。
结 语
综上所述，在进行混凝土结构检测时，检测方法、检测仪器、检测原理等不同，得到的检测结果也会有所差异。超声波检测法凭借其操作简单、损耗小、效率高等优点被广泛应用于混凝土结构检测过程中。对于桥梁混凝土结构的检测，要充分结合混凝土结构其实际情况，采用与之相适应的检测技术，并对检测过程实施实时监测，重点监管各检测设施的布设情况，确保检测结果的精确性。检测完成后，还需对所得数据进行科学有效的分析，排除异常数据，保证数据的有效性、可靠性。
参考文献：
[1]李舰航,杨斌,王力波.市政桥梁常规检测技术[J].中国科技信息,2019(05):44-45.
[2]王晓亮.基于市政桥梁检测系统技术的研究[J].智能城市,2019,5(09):101-102.
作者简介：李应锋，男，助理工程师，本科学历，主要从事建筑工程桩基检测，市政桥梁检测工作。