聲波透射法基樁檢測的綜合判讀實例

馬 輝

(江蘇中基工程技術研究有限公司，江蘇 南通 226001)

1、引言

樁基施工是各種工程建設的重點，關乎到橋梁工程的性能，而樁基的缺陷、性能檢測成為了影響樁基施工的關鍵。聲波透射法是常見的樁基檢測手段，通過向介質發(fā)射物理特性調制的聲波，觀察傳播波形和聲學參數(shù)的變化，來驗證被測對象的內部結構、幾何特征、宏觀缺陷、力學性質等，進而達到樁基檢測的目的。文章將基于實際的工程案例，分析聲波透射法在樁基檢測中的綜合判讀，為拓展相關的研究貢獻一份力量。

2、聲波透射法樁基檢測的原理與數(shù)據(jù)分析

2.1 檢測原理

聲波透射法樁基檢測的基本原理是超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內激發(fā)高頻彈性脈沖波，然后記錄和分析脈沖在混凝土樁基中的波動特征，當樁基中存在缺陷或破損，則缺陷面有波阻抗界面，產生波的反射和透射。由于樁基缺陷中的孔洞、蜂窩、松散等都會體現(xiàn)在聲波的變化上，經過分析之后，就能判別樁基內部存在缺陷的部位、大小和性質，并且不受高度、剖面的限制。

2.2 數(shù)據(jù)分析

聲波透射法運用的數(shù)據(jù)主要包括波幅A、時間T、聲速C等，并研究實測的波形，分析樁基中缺陷的性質、位置、大小等，并評估樁基的強度。

2.3 樁基內部缺陷對聲波波速的影響

聲波透射法正是利用了樁基內部波形的變化特征來判斷的，內部缺陷對聲波波速的影響比較顯著，當樁基構筑材料松散時，聲速小于正常值，測點的聲時偏大，聲波就會直接穿過低聲速材料或繞過缺陷分界面?zhèn)鞑?當內部存在空洞時，如有水或空氣，樁基材料和其他介質的阻抗特性相差明顯，聲能反射系數(shù)接近1，聲波無法穿過混凝土/空氣截面，會沿缺陷邊緣傳播，傳播的路徑增長，聲時增加，聲速就相應的減小?？偠灾?，無論是那種缺陷，聲波都會相應的減小，判斷也較為容易。

2.4 樁身完整性判讀

在采用聲波透射法檢測樁基時，根據(jù)樁身的完整性，將其分為四類，一類樁基為完整型的，沒有缺陷，無聲速減小、剖面聲學參數(shù)異常;二類樁基存在輕微缺陷，但對于結構無明顯影響，也能發(fā)揮正常的承載能力，無聲速減小異常，只有個別測點出現(xiàn)異常;三類樁基存在明顯的缺陷，結構和承載能力都有明顯削弱，局部聲速明顯減小，在多個測點聲學參數(shù)異常;四類樁基缺陷嚴重，樁身混凝土普遍出現(xiàn)聲速減小和聲學參數(shù)異常。

3、檢測程序

3.1 聲測管的埋設

聲測管的規(guī)格、材料需符合要求，上端加蓋、下端封閉，管內無異物，連接處圓滑過渡，管口高度宜一致。聲測管巖樁基周圍均勻分布，管底和接頭嚴格密封;聲測管埋沒至樁底，在下沉時，每下沉一節(jié)鋼筋籠，需注入一次清水，當下沉完畢后，需保證管內注滿清水，每4m左右測量聲測管間距，并做好記錄工作。此外，聲測管應比檢測面高30公分。

3.2 檢測準備工作

檢測準備工作包含四個方面，分別是聲測管的貫通檢測、明確檢測的樁號、工程地質參數(shù)、樁基灌注28天后的強度，只有將這些技術指標和準備工作做到位之后，才能確保樁基檢測工作順利開展。

3.3 現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場檢測依據(jù)檢測計劃進行，如核對樁號、儀器調試、參數(shù)設定、聲測管注水、手測法將探頭置于同一高程、發(fā)射與接收換能器同步升降、觀察波形變化、參數(shù)分析等，現(xiàn)場檢測除了要按照既定的作業(yè)程序執(zhí)行之外，還對檢測人員的專業(yè)技術水平有一定的要求，如基本的儀器維護操作技能、波形分析能力等，避免工作上的沖突或延誤。

4、工程實例分析

4.1 工程地質與水文地質概況

本文研究的工程實例以南方某公路橋鉆孔灌注樁480根為例，絕大部分采用聲波透射法進行檢測，工程地質與水文概況具體為:層淤泥，流塑狀態(tài)，σ=40KPa;層粘土，軟塑狀態(tài)，σ=100KPa;層淤泥質黏土，流塑狀態(tài)，σ=70KPa;層淤泥質粘土，流塑狀態(tài)，σ=70KPa;層含卵石圓礫，中密，σ=350KPa;地下水對樁基混凝土不具有侵蝕性。

4.2 檢測方法與過程

此大橋10#墩灌注的混凝土為C25等級，樁徑為1.30m，長度為48m，采用聲波透射法進行檢測。預埋三根聲測管，編號為A、B、C，分別對AB、AC、BC三個面進行檢測。10－2號樁在距樁頂下3.8－5.5m處，聲測檢測AB、BC面聲時，PSD、波幅均超出判據(jù)。在檢測分析中，會受到其他因素的干擾導致誤判，因而一般采用扇形測、斜測對樁基缺陷部位進行核驗。扇形測過程中，需要注意探頭的位置，如A管探頭距樁頂大約3.8m時，B管探頭在3.5m以上可以獲取真實的聲學參數(shù);當A管探頭距樁頂為5.4m左右時，B管探頭在5.7m以下可取得真實的聲學參數(shù)。斜測在B管探頭進入缺陷處有異常聲學參數(shù)，當提升至3.5m以上時，無論如何調整儀器，都不能取得正常的聲測波形。此外，還有一種檢測方式為平測，此處不做論述。

從檢測后的數(shù)據(jù)分析可以知道，在樁頂下A管附近缺陷范圍大概為4.3－5.0m;B管附近缺陷范圍為3.7－5.5m。根據(jù)缺陷類型的判別，可以將此類缺陷歸結到三類缺陷中，即樁基的缺陷比較嚴重。

4.3 綜合判讀分析

針對所檢測的樁基信息進行收集，如樁基位置、地質條件、原始鉆孔灌注記錄等，在分析中發(fā)現(xiàn)鉆孔和灌注都沒有問題，也沒有灌注不足的情況，灌注過程中無異常。然后采用聲波透射法與低應變檢測進行核驗，低應變檢測在3.7－5.5m處沒有發(fā)現(xiàn)問題，判別為一類樁。為了減少誤判，施工單位對10－2號樁進行開挖驗核，在樁頂下3.7m處沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，而聲測管B周有3cm厚的離析形成的砂土堆積物，一直延伸到5.5m處，此檢測結果和聲波透射法的檢測結果吻合。據(jù)開挖驗證后認為，在B聲測管周3cm缺陷對樁基的承載能力和結構不足以產生很大的影響，仍能滿足基本的使用功能，因而不需要進行修復，可以將此樁基歸類到二類樁。開挖驗證最為直觀準確，也是最終的判定手段，判定10－2號樁3.7－5.5m聲測管壁附近存在3cm厚離析，屬合格樁。

4.4 原因分析

本文針對10－2號樁基檢測進行分析，分別采用了聲波透射法、低應變檢測和開挖驗證，聲波檢測和開挖驗證的缺陷深度高度一致，但也存在一定程度上的誤判，主要原因是在進行扇形測和斜測時，信號損失快，聲測波幅減小，引起接收信號的畸變，導致聲學參數(shù)異常。聲波透射法判定為三類樁，而開挖驗證判定為二類樁，屬合格樁，可見存在一定程度誤判。而低應變檢測法判定為一類樁，沒有發(fā)現(xiàn)其中明顯的缺陷，誤判更為嚴重。聲波透射法檢測效率較高，但仍然需要結合其他的先進技術，來提升其判定的效率。

5、結束語

聲波透射法可以檢測出樁基的異常，但是缺陷判斷的準確度還有待提高，在實踐中要和其他的檢測方法相結合，如輔助低應變檢測法，可以對檢測的結果進行驗證，低應變檢測出此樁為一類樁，在相同深度沒有發(fā)現(xiàn)缺陷反射，綜合考量，可判讀此樁無重大缺陷，屬于合格樁。

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