聲波透射法檢測中灌注樁樁身混凝土缺陷的綜合判定

黃彥榮

(銀川市建設(shè)工程綜合檢測站，寧夏 銀川750001)

0 引言

樁基礎(chǔ)的質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)建筑物（構(gòu)筑物）的安全，也關(guān)系到人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。因此，樁基礎(chǔ)工程的試驗(yàn)和質(zhì)量檢驗(yàn)尤為重要，設(shè)計(jì)前、施工中和施工后都要進(jìn)行必要的試驗(yàn)和檢驗(yàn)，能否檢測到基樁的缺陷、如何測定缺陷的位置，并準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)成為基樁質(zhì)量檢測的一個(gè)核心問題。

1 綜合判定的必要性

在灌注樁的聲波透射法檢測中，如何利用所檢測的混凝土聲參數(shù)去發(fā)現(xiàn)樁身混凝土缺陷、評(píng)價(jià)樁身混凝土質(zhì)量從而判定樁的完整性類別是我們檢測的最終目的，同時(shí)又是聲學(xué)檢測中的一個(gè)難題。其原因一方面是因?yàn)榛炷磷鳛橐环N多種材料的集結(jié)體，聲波在其中的傳播過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的物理過程；另一方面，混凝土灌注樁的施工工藝復(fù)雜、難度大，混凝土的硬化環(huán)境和條件以及影響混凝土質(zhì)量的其他各種因素遠(yuǎn)比上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜和難以預(yù)見，因此樁身混凝土質(zhì)量的離散性和不確定性明顯高于上部結(jié)構(gòu)混凝土。另外，從測試角度看，在樁內(nèi)進(jìn)行聲測時(shí)，各測點(diǎn)的測距及聲禍合狀況的不確定性也高于上部結(jié)構(gòu)混凝土的聲學(xué)測試，因此一般情況下樁的聲測測量誤差高于上部結(jié)構(gòu)混凝土。

用于判斷樁身混凝土缺陷的多個(gè)聲學(xué)指標(biāo)一聲速、PSD、波幅、主頻、實(shí)測波形各有特點(diǎn)，但均有不足。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，既不能惟“聲速論”，也不能不分主次將各種判據(jù)同等對(duì)待。聲速與混凝土的彈性性質(zhì)相關(guān)，波幅與混凝土的彈塑性相關(guān)，采用以聲速、波幅判據(jù)為主的綜合判定法對(duì)全面反映混凝土這種彈塑性材料的質(zhì)量是合理的、科學(xué)的處理方法。

2 綜合判定的方法

2.1 綜合判定的基本步驟

綜合分析往往貫徹于檢測過程的始終，因?yàn)闄z測過程中本身就包含了綜合分析的內(nèi)容（例如對(duì)平測普查結(jié)果進(jìn)行綜合分析找出異常測點(diǎn)進(jìn)行細(xì)測），而不是說在現(xiàn)場檢測完成后才進(jìn)行綜合分析。現(xiàn)場檢測與綜合分析可按以下步驟：

1）采用平測法對(duì)樁的各檢測剖面進(jìn)行全面普查。

2）對(duì)各檢測剖面的測試結(jié)果進(jìn)行綜合分析確定異常測點(diǎn)：

（1）采用概率法確定各檢測剖面的聲速臨界值。

（2）如果某一檢測剖面的聲速臨界值與其他剖面或同一工程的其他樁的臨界值相差較大，則應(yīng)分析原因，如果是因?yàn)樵撈拭娴娜毕蔹c(diǎn)很多聲速離散太大則應(yīng)參考其他樁的臨界值；如果是因聲測管的傾斜所至，則應(yīng)進(jìn)行管距修正，再重新計(jì)算聲速臨界值；如果聲速的離散性不大，但臨界值明顯偏低，則應(yīng)參考聲速低限值判據(jù)。

（3）對(duì)低于臨界值的測點(diǎn)或PSD判據(jù)中的可疑測點(diǎn)，如果其波幅值也明顯偏低，則這樣的測點(diǎn)可確定為異常點(diǎn)。

3）對(duì)各剖面的異常測點(diǎn)進(jìn)行細(xì)測（加密測試）：

（1）采用加密平測相交叉斜測等方法驗(yàn)證平測普查對(duì)異常點(diǎn)的判斷并確定樁身缺陷在該剖面的范圍和投影邊界。

（2）細(xì)測的主要目的是確定缺陷的邊界，在加密平測和交叉斜測時(shí)，在缺陷的邊界處，波幅較為敏感，會(huì)發(fā)生突變；聲速和接收波形也會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)注意綜合運(yùn)用這些指標(biāo)。

4）綜合各個(gè)檢測剖面細(xì)測的結(jié)果推斷樁身缺陷的范圍和程度。

5）在對(duì)缺陷的幾何范圍和程度做出推斷后，對(duì)樁身完整性類別的判定可按各種類別樁的特征進(jìn)行，但還需綜合考察下列因素：樁的承載機(jī)理（摩擦型或端承型），樁的設(shè)計(jì)荷載要求，受荷狀況（抗壓、抗拔、抗水平力等），基礎(chǔ)類型（單樁承臺(tái)或群樁承臺(tái)），缺陷出現(xiàn)的部位（樁上部、中部還是樁底）等等。

2.2 PSD-V-A法

相對(duì)于其他判據(jù)來說聲速的測試值是最穩(wěn)定的，可靠性也最高，而且測試值是有明確物理意義的量，與混凝土強(qiáng)度有一定的相關(guān)性，是進(jìn)行綜合判定的主要參數(shù)；波幅的測試值是一個(gè)相對(duì)比較量，本身沒有明確的物理意義，其測試值受許多非缺陷因素的影響，測試值沒有聲速穩(wěn)定，但它對(duì)樁身混凝土缺陷很敏感，是進(jìn)行綜合判定的另一重要參數(shù)；PSD判據(jù)實(shí)際上反映了測點(diǎn)間距、聲波穿透距離、混凝土質(zhì)量等因素之間的綜合關(guān)系，這一關(guān)系隨缺陷的性質(zhì)和范圍的不同而不同。綜合聲速、波幅和PSD三判據(jù)對(duì)基樁缺陷進(jìn)行判斷的方法稱為PSD-V-A法。在實(shí)際應(yīng)用中如何運(yùn)用這3個(gè)參數(shù)去準(zhǔn)確可靠地判斷缺陷才是本方法的關(guān)鍵所在。

1）缺陷范圍的推斷

考察各剖面是否存在同一高程的缺陷。如果不存在同一高程的缺陷，則該缺陷在樁身橫截面的分布范圍不大，該缺陷的縱向尺寸將由缺陷在該剖面的投影的縱向尺寸確定。

如果存在同一高程的缺陷，則依據(jù)該缺陷在各個(gè)檢測剖面的投影大致推斷該缺陷的縱向尺寸和在樁身橫截面上的位置和范圍。

對(duì)樁身缺陷幾何范圍的推斷是判定樁身完整性類別的一個(gè)重要依據(jù)，也是聲波透射法檢測混凝土灌注樁完整性的優(yōu)點(diǎn)。

2）缺陷程度的推斷

對(duì)缺陷程度的推斷主要依據(jù)以下四個(gè)方面：缺陷處實(shí)測聲速與正?；炷谅曀伲ɑ蚱骄曀伲┑钠x程度；缺陷處實(shí)測波幅與同一剖面內(nèi)正?；炷敛ǚɑ蚱骄ǚ┑钠x程度；缺陷處的實(shí)測波形與正?；炷蠝y點(diǎn)處實(shí)測波形相比的畸變程度；缺陷處PSD判據(jù)的突變程度。

3 混凝土灌注樁的常見缺陷性質(zhì)與聲學(xué)參數(shù)的關(guān)系

（1）沉渣：沉渣是松散介質(zhì)，其本身聲速很低，對(duì)聲波的衰減也相當(dāng)劇烈，所以凡遇到沉渣，必然是聲速和振幅均劇烈下降。通常在樁底出現(xiàn)這種情況。

（2）泥砂與水泥漿的混合物：這類缺陷多由澆注導(dǎo)管提升不當(dāng)造成，若在樁身就是斷樁；若在樁頂就是樁頂標(biāo)高不夠。其特點(diǎn)也是聲速和振幅均明顯下降。只不過出現(xiàn)在樁身時(shí)往往是突變，在樁頂是緩變。

（3）孔壁坍塌或泥團(tuán)：聲速與振幅均下降，但下降多少則視缺陷情況而定。如果是局部的泥團(tuán)，并未包裹聲測管，則下降的程度并不很大；如果泥團(tuán)包裹聲測管，則下降程度較大，特別是振幅的下降更為劇烈。一根聲測管被泥團(tuán)包裹將影響兩個(gè)測試面。通過斜測可以分辨這些情況。

（4）混凝土離析：灌注樁容易發(fā)生混凝土離析。造成樁身某處粗骨科大量堆積，而相鄰部位漿多骨料少的情況。粗骨料多的地方，由于粗骨料多，而粗骨料本身波速高，往往造成這些部位聲速值并不低，有時(shí)反而有所提高。但由于粗骨料多，聲學(xué)界面多，對(duì)聲波的反射、散射加劇，接收信號(hào)削弱，于是波幅下降。至于粗骨料少而砂漿多的地方則正好相反：由于該處砂漿多，粗骨料少，測得的波速下降，但振幅測值不但不下降，有時(shí)還會(huì)高于附近測值。應(yīng)采用波速和振幅兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行綜合的分析判斷。

（5）氣泡密集的混凝土：在灌注樁上部樁身有時(shí)因?yàn)榛炷翝沧⒐芴嵘^快有大量空氣封在混凝土內(nèi)。雖不一定造成孔洞，但可能形成大量氣泡分布在混凝土內(nèi)，使混凝土質(zhì)量有所降低。這種混凝土內(nèi)的分散氣泡不會(huì)使波速明顯降低，但卻使聲波能量明顯衰減（散射），接收波能量明顯下降，這是這類缺陷的特征。

4 結(jié)束語

總之，基樁檢測方法的選擇和檢測數(shù)量的確定應(yīng)根據(jù)各種檢測方法的特點(diǎn)和適用范圍，綜合考慮地質(zhì)條件、樁基的設(shè)計(jì)等級(jí)、樁型、施工質(zhì)量可靠性等因素，使各種檢測方法優(yōu)勢互補(bǔ)。

［1］劉金礪.樁基工程檢測技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995.

［2］羅哄先.樁基工程檢測手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2003.

［3］尹加德.用超聲波波速推定基樁平均波速的研究[J].振動(dòng)、測試與診斷，2000，20(4):283-287.

［4］劉增永，徐慶日.超聲波透射法在樁基檢測中的應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù)，2005，104(2):69-70.