中铁四局集团有限公司第七工程分公司 安徽合肥 230000
摘要：在桥梁钻孔桩施工中，桩基成孔检测工具多采用钢筋制作的探孔器，依靠吊车起吊进行桩径、垂直度的检测；成孔深度采用测绳进行检测。这种检测手段在运用于大直径深桩时工效低，耗费大量人力、物力，且检测质量受到探孔器长度制作的限制。超声波成孔检测仪是一种新型的桩基成孔检测设备，利用超声波反射法测距原理能将孔径、垂直度、深度清晰的反映在电脑上，依据配套分析软件进行控制分析，不需要使用大型机械，工作效率高，周转次数多，成本较低，值得推广应用。
关键词：超声波成孔检测仪；水下深桩；应用
引言
随着铁路、高速公路和市政的飞速发展，桥梁工程是每条线路的必不可少的工程项目，桩基工程是桥梁工程的基础，随着桥型的不断发展，大直径超长桩基必然趋势，对桩基的成孔检测大部分还停留在用钢筋制作的探孔器，使用吊车配合人工进行成孔检测，一方面检测质量受限，同时工效十分低下。本文提出采用超声波成孔检测仪，利用超声波反射法将桩基孔径、垂直度、桩基长度进行检测、分析，降低成本，控制成孔质量，在各类型桩基工程检测中可以广泛应用。
1 超声波成孔检测仪的应用原理及操作方法
超声波成孔检测仪测量孔径、孔深、垂直度主要是利用超声波反射法测距的原理，发出超声波碰撞护壁后反射，反射回的超声波经信号接收装置接收后再通过声学参数计算法对测量结果进行计算，分析得出每一测点的孔径、孔深、垂直度，检测方法见下图1。
.png)
图1 超声波成孔成槽检测原理示意图
1.1 设备组成
超声波成孔检测仪主要由全自动数控绞车、一体机控制箱和超声波探头组成，见下图2、3、4。
.png)
图2 全自动数控绞车 图3 一体机控制箱 图4 超声波探头
1.2 成孔检测方法
（1）仪器就位
用钢筋定位架置于孔口处，将数控绞车放置于钢筋网片上置于孔位中心位置，连接好设备；见图5。
.png)
图5 仪器就位
（2）设置参数
参数包括测点间距、编码间距、探头直径、低电量报警下限、孔径范围、检测方向、波速以及各通道孔壁距离等；见图6。
.png)
图6 参数设置界面
（3）下降探头采集数据；
控制箱内设有超声探头上升、下降、停止开关及加速、减速控制旋钮，检测过程中可以自行控制。超声探头升降系统设有上限位器和下限位器，探头下降至孔底或上升至孔口会触动限位器而使电机自动停止工作，上限位器保证钢丝绳提升至孔顶不拉断，下限位器保证探头下放至孔底时钢丝绳不缠绕。
在实测过程中，由于孔内环境多变（泥浆比重、含沙量和气泡等含量不一），超声波信号在孔内衰减的程度也不一致，为得到相对确定的孔壁反射信号，需要进行增益调节，以压制前端的杂波信号，放大后端的反射信号。
增益调节主要是调节alpha、beta 参数和 gama 参数，这几个参数相互影响，调节范围在 0～15之间。Alpha 参数调节时对信号起微调作用，从0～15逐渐增强；beta 参数对信号可增强可衰减，它只衰减距探头中心点 1 米以内的信号，1 米以外的信号起增强作用；gama 参数从 0-15 时信号逐渐增强，调整时对信号影响较大。调节的理想状态是孔壁反射信号明显，同时前端杂波信号不足以覆盖孔壁反射信号，下放至孔底自动停止，保存实测数据，退出系统完成现场数据采集工作；见图7。
.png)
图7 数据采集
（4）数据处理
将主机箱内数据拷贝到装有处理软件的电脑中，用配套软件打开采集的数据并进行分析计算，最终得出检测报告，报告中孔深、沉渣厚度、垂直度、孔径均可直观的显示，见下图8、9。
.png)
图8 数据分析
.png)
图9 检测报告
2 常规成孔检测方法
常规的成孔检测方法为探孔器检测，需要制作钢筋笼探孔器一套，25t吊车一台及4名工人配合吊装，见下图10、11。
.png)
图10 探孔器下放 图11 孔深测量
3 工程实例应用与对比
3.1 工程实例
银川至西安铁路漠谷河2#特大桥位于陕西段乾县漠西乡和梁山两乡界内，地形起伏。桥址线路进行在黄土台塬沟壑低段，DK83+780及DK83+880处分别跨越漠谷河和支沟两条大型黄土冲沟，宽20～200m，常年无流水。
全桥桩基础共计382根，2m桩径122根，1.5m桩径210根，1m桩径5根，其中2m桩径中设计桩长最长达到105m。
本项目前期桩基采用常规探孔器进行桩基检测，由于受地形及桩基深度较深的影响，机械调遣十分困难，深桩检测速度慢、成孔检测质量低，影响后续工序施工进度，采用超声波成孔检测仪检测后，不仅可以提高桩基成孔检测的质量，还无需机械配合，检测速度大大加快，取得良好效果。
3.2 工效及经济效应对比
3.2.1 工效对比
表1 两种检孔方法工效对比表
在工效方面，超声波成孔检测仪优势明显。
3.2.2 经济效应对比
（1）直接经济效应
此处我以超声波成孔检测仪一个项目使用一年时间，检测100根桩为例，直接经济效益对比见下表。
表2 探孔器检孔所需费用
表3 超声波成孔检测仪检孔所需费用
从上表中可以看出，以检测100根桩为例，两种检测方式直接费用相差90000元，平均每根桩900元。
（2）间接经济效应
因探孔器检孔需要现场停工，而超声波成孔检测仪对其他工序作业无影响，间接经济效应见下表：
表4 使用探孔器检孔造成其他工序停工产生的费用
从上表可以看出，因探孔器检孔需要现场停工产生的费用，100根桩合计255000元，平均每根桩2550元。
由以上分析可以得出以下结论：超声波成孔检测仪相较常规探孔器检孔所需费用，直接经济效应可节约900元/根桩，间接经济效应可节约2550元/根桩。经济效应方面，超声波成孔检测仪优势巨大。
4 注意事项
采用超声波成孔检测仪在操作过程中需要注意以下四点：
（1）超声波传播过程中受泥浆浓度和含砂率影响较大，泥浆密度太大或含砂量多，声波传播路径中反射、散射增加，声波信号难于接收。当采用信号前置放大或增加仪器灵敏度后，反射波还是杂乱的、无法判别。遇到这种情况，应继续清孔以减小泥浆比重和含砂率。
（2）钻进到孔底标高时，泥浆中含有气泡，气泡也影响声波的传播，只有待气泡消失后才能测试。当泥浆很稠时，气泡长期不能消失的就难于测试。
（3）孔口提升机构的安装必须使其牢固、稳定，在测量过程中不能产生移动，以保证测量结果的一致、准确。
（4）当桩长较长时，桩孔倾斜可能会导致探头下降过程中与孔壁相碰，此时应调整探头的吊点位置，使探头能从孔口顺利下降至孔底。为避免发生上述情况的重复测量工作，另一种测量方式是首先将探头下降至孔底，在下降过程中进行位置调整，然后在提升探头时进行测量。
5 结束语
全自动超声波成孔检测仪检孔时不需要其他机械配合，工作效率高，周转次数多，成本低，特别在水下大直径深桩检孔时，从工效和经济效应方面，相比较常规探孔器检孔的方法优势巨大，具有推广价值。