管距對橋梁樁基超聲波檢測干擾影響分析

范　瑛， 鄭　光， 賀映全， 張　雷

(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

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管距對橋梁樁基超聲波檢測干擾影響分析

范瑛， 鄭光， 賀映全， 張雷

(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

為了消除管斜對超聲波檢測的干擾影響，消除誤判，需正確分析管距對樁基超聲波檢測干擾影響。通過實驗和實際工程實例分析，提出管距是管斜時從分聲測管沿著鋼筋籠作圓弧滑動和從聲測管沿著半徑作徑向移動靠近圓心兩種情況下分析。當(dāng)是前者時必然會使和它相關(guān)的兩個管距一個增大另一個減小，從而會使這兩個面的波速一個減小而另一個增大，第三個管距、波速和波幅都沒有明顯變化;而后者會使和它相關(guān)的兩個管距都減小，從而會使這兩個面的波速都增大，第三個面管距、波速和波幅都沒有明顯變化。

基樁完整性：管距：管斜：波速：波幅

目前，基樁完整性檢測方法主要有超聲波透射法、低應(yīng)變反射波法、取芯法三種[1]。低應(yīng)變反射波法會受基樁周圍地質(zhì)環(huán)境的影響很大，雖然應(yīng)用很廣泛,但是檢測結(jié)果有時存在很大爭議，而且長樁和直徑大的基樁檢測效果不理想；取芯法具有直接性、準(zhǔn)確性等優(yōu)勢，檢測中會經(jīng)常應(yīng)用，由于取芯難度高,價格貴，很難在檢測中大面積應(yīng)用；超聲波透射法適應(yīng)范圍廣、準(zhǔn)確性高、無損，還能從側(cè)面反映混凝土質(zhì)量，所以是現(xiàn)在工程上主要的基樁完整性檢測方法。超聲波透射法四個判據(jù)是：聲速、波幅、頻率以及波形。聲波透射法檢測中，基樁是地下隱蔽性工程，無法測量出基樁每一深度對應(yīng)的實際管距，只能統(tǒng)一使用管口測量值，這就要求每一根聲測管都是垂直且彼此平行，但在實際工程上很難實現(xiàn)，有些工程出現(xiàn)兩個聲測管幾乎靠在一起，造成測點(diǎn)波速偏大，超出混凝土的聲速范圍，使聲速臨界值明顯提高，造成誤判現(xiàn)象[2]。另一種情況是兩聲測管管間距變大，造成實測測點(diǎn)的波速偏低，不能真實反映實際波速，也會造成誤判現(xiàn)象。不管哪種情況在檢測中都會造成對樁基的誤判，影響到檢測的真實性和準(zhǔn)確性。雖然規(guī)范中對基樁完整性的判據(jù)有明確的表述，但對聲測管管間距的異常卻無深入探討，因此區(qū)分管斜影響對基樁本身完整性判斷有重要意義[3]。

1　超聲波法進(jìn)行樁基試驗檢測的基本原理

事先在鋼筋籠上檢測的方法可以分為透射法和回波法兩種。回波法現(xiàn)在主要用于金屬這類均勻的介質(zhì)，綁好聲測管并和鋼筋籠一起澆筑在樁基里，并在聲測管內(nèi)灌滿清水作為試驗檢測的耦合劑，其中一個發(fā)射換能器重復(fù)發(fā)射超聲脈沖波，經(jīng)過需要檢測的樁基后，由接受換能器接受并將超聲波轉(zhuǎn)化為電信號，在超聲儀上顯示出來，這樣得到超聲波經(jīng)過樁基的時間、波幅、波速、主頻率、超聲波波形等一系列的參數(shù)。由于超聲波在混凝土傳播的過程中會發(fā)生散射、繞射，能量被吸收或者是擴(kuò)散衰減，因而可以依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行分析，對混凝土樁基的完整性作出評估, 并就存在缺陷的類型和位置進(jìn)行分析說明，還可以對樁基混凝土的強(qiáng)度作出一定的判斷[4]。

2　管距和波速、波幅的關(guān)系

由于影響波速和波幅的因素很多，混凝土和地域是主要影響因素。為了準(zhǔn)確的反應(yīng)管距和波速波幅的關(guān)系，本文從同一地域并且混凝土為同一攪拌站統(tǒng)一制作統(tǒng)一標(biāo)號(C30)的一個標(biāo)段上選取4批不同樁徑(直徑分別為1200 mm、1500 mm、1800 mm、2000 mm)的基樁數(shù)據(jù)分析。其中每1批選取10組質(zhì)量完整性比較好的基樁，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析求出平均值。表1是采集的6組管距和不同樁徑的超聲波數(shù)據(jù)。

表1　不同管距下聲學(xué)參數(shù)

1)管距與聲速關(guān)系

由圖1得到相關(guān)系數(shù)R為0.9756，查表可知此系數(shù)為相關(guān)顯著水平，由此可得出管距與聲速變化關(guān)系明顯。結(jié)論1:聲速是隨著管距的增加而減少的，并隨管距減小而增大。

圖 1　管距與聲速相關(guān)性

2)管距與波幅關(guān)系

由圖2可得出聲幅與管距變化不明顯。結(jié)論2：波幅隨著管距的增加沒有明顯變化。

圖 2　管距與波幅相關(guān)性

3　超聲波透射法樁基檢測的實例分析

3.1超聲波透射法樁基檢測的準(zhǔn)備工作

預(yù)埋聲測管：利用透射法檢測樁基工程質(zhì)量需要在樁基內(nèi)事先預(yù)埋聲測管，按規(guī)范，樁徑不大于800 mm時，聲測管不得少于2根；樁徑大于800 mm且不小于1600 mm時，聲測管不得少于3根；樁徑大于1600 mm時，聲測管不得少于4根[5]。聲測管綁扎在鋼筋籠上，并在聲測管的地方進(jìn)行封閉，管口比樁基頂面高出30 cm左右，還應(yīng)該在管口加蓋封閉以免雜物掉進(jìn)去。聲測管布置方式見圖3。

圖 3　聲測管埋置圖

3.2實際工程兩類實例

筆者從實際工程中選取的兩類比較典型的實例，分別說明：其一，沿著鋼筋籠作圓弧滑動(圖4)；其二，沿著半徑作徑向移動(圖5)。

圖 4　圓弧滑動圖　　圖 5　徑向移動圖

實例1，選取GA09-3樁，該樁直徑1500 mm，三個管距都是1120 mm。

由于實際工程上GA09-3有52 m長，數(shù)據(jù)繁多復(fù)雜，筆者只是取有缺陷的0～6.3 m，并將數(shù)據(jù)制成折線圖，這樣更清楚明了。

為了讓檢測人員更直觀感受波速波幅的變化，圖6、圖7是波速和波幅在深度上的變化的波形圖。

圖 6　例1波速-深度折

圖 7　例1波幅-深度折

(a)剖面1-2

(b)剖面1-3

(c)剖面2-3圖 8　例1波速波幅波

綜合圖6-8知，在0～6.3 m范圍內(nèi):

1)剖面1-2深度加深波速在增加，剖面2-3深度加深波速在減小，剖面1-3波速隨深度沒有明顯變化。

2)剖面1-2，剖面2-3，剖面1-3波幅沒有明顯變化。

假設(shè)該樁在0～6.3 m內(nèi)是2號聲測管沿著鋼筋籠作圓弧向3號聲測管滑動靠近，也就是在0～6.3 m內(nèi)1-2管距增大，2-3管距減少，1-3管距基本不變。

由結(jié)論1)、2)知道：管距增大，波速減小：管距減小，波速增大；波幅沒有明顯變化。這樣得出的結(jié)果和實測結(jié)果剛好吻合，說明假設(shè)是正確的。所以當(dāng)一個聲測管沿著鋼筋籠作圓弧向另一個聲測管滑動時，必然會使和它相關(guān)的兩個管距一個增大另一個減小，從而會使這兩個面波速一個減小而另一個增大，第三個管距、波速和波幅都沒有明顯變化。

實例2，GA05-1，該樁直徑1500 mm，三個管距都是1120 mm。

同GA09-3，只是選取0～5.5 m數(shù)據(jù)，圖9和圖10分別是波速和波幅與深度的折線圖，圖11是波形圖。

圖 9　例2波速-深度折

圖10　例2波幅-深度折

(a)剖面1-2

(b)剖面1-3

(c)剖面2-3圖11　例2波速波幅波

綜合圖9-11知，在0～5.5 m范圍內(nèi)：

1)剖面1-3和剖面2-3隨著深度加深波速在增加，剖面1-2波速沒有明顯變化。

2)剖面1-2，剖面2-3，剖面1-3波幅沒有明顯變化。

假設(shè)該樁在0～5.5 m內(nèi)是3號聲測管沿著半徑作徑向移動靠近圓心，也就是在0～5.5 m內(nèi)1-3和2-3管距都減少，2-3管距基本不變。

然后由結(jié)論1)、2)知道：管距增大，波速減??；管距減小，波速增大。這樣得出的結(jié)果和實測剛好吻合，說明假設(shè)正確。所以當(dāng)一個聲測管沿著半徑作徑向圓心移動時必然會使和它相關(guān)的兩個管距都減小，從而會使波速都增大，第三個面管距和波速都沒有明顯變化，波幅都沒有明顯變化。

4　結(jié)論

1)按照管斜時分聲測管沿著鋼筋籠作圓弧滑動和聲測管沿著半徑作徑向移動靠近圓心兩種情況分析管距。

2)波速隨著管距的增大而減小，以及波速隨著管距的減小而增大的兩種情況下，管距對波幅沒有明顯影響。

3)當(dāng)一個聲測管沿著鋼筋籠作圓弧向另一個聲測管滑動時，和它相關(guān)的兩個管距必然一個增大另一個減小，從而會使這兩個面的波速一個減小而另一個增大，第三個管距、波速和波幅都沒有明顯變化。

4)當(dāng)一個聲測管沿著半徑向圓心移動時必然會使和它相關(guān)的兩個管距都減小，從而會使這兩個面波速都增大，第三個面管距、波速和波幅都沒有明顯變化。

[1]趙常要,楊東濤.基樁檢測中聲測管管間距修正方法的研究[J].鐵道工程學(xué)報，2014(11)：25-27

[2]趙常要,楊東濤,員寶珊.對聲波透射法檢測中存在聲測管傾斜問題的一種修正方法[J]．硅谷，2009(18)：38-126．

[3]宋廣峰. 超聲波技術(shù)在樁基完整性檢測中的應(yīng)用研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2015.

[4]羅騏先.樁基工程檢測手冊[M]. 北京：人民交通出版社：2002(10): 189-201 .

[5]中華人民共和國住房和城市建設(shè)部. JGJ106-2014 建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[EB/OL]. [2014-10-01](2015-08-18) http://www.docin.com/p-1144618958.html.

[責(zé)任編校： 張巖芳]

An Analysis of the Interference Impact of Tube Spacing on the Ultrasonic Testing of the Bridge Pile Foundation

FAN Ying, ZHENG Guang, HE Yingquan, ZHANG Lei

(SchoolofCivilEngin.andArchitecture,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

In order to eliminate the interference of the tube inclination in ultrasonic testing and to avoid miscalculation, it is necessary to analyze the interference effects of tube on the ultrasonic testing of the bridge pile foundation. Through experiment and actual project case, this paper puts forward that tube spacing comes from the following two situations: inclined from acoustic detection tube points along the reinforcing cage for circular sliding and acoustic detection tube along the radius from the radial moving close to the center of the circle. When it is in the first situation, it will make one of the two tube spaces associated with it increase while the other decrease which can make the wave velocity of one these two surfaces decrease and the other increase, and the third tube space has no obvious change in wave velocity and amplitude; When it is in the second situation, the two tube spaces decrease, thus making both the wave velocity increase. Testing staff could reduce miscalculation and improve execution through understanding these features.

foundation pile integrity; tube spacing; tube oblique; wave velocity; amplitude

2015-08-18

范瑛(1969-)， 女，湖北武漢人， 工學(xué)博士，湖北工業(yè)大學(xué)教授，研究方向為路基路面理論、道路與橋梁監(jiān)控

鄭光( 1990-)，男，湖北黃岡人， 湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向為橋梁與隧道工程

1003-4684(2016)04-0109-04

TU197

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