連云飛

（寧夏建筑科學(xué)研究院有限公司，寧夏 銀川750021）

0 引言

樁基礎(chǔ)是現(xiàn)代建筑的重要基礎(chǔ)形式， 在高層建筑、 重型廠房、橋梁、港口碼頭、海上采油平臺(tái)以至核電站等各種類型的深基礎(chǔ)工程中，樁基礎(chǔ)用量巨大；而且在某些特殊地質(zhì)條件施工的工程，樁基礎(chǔ)可能成為唯一的選擇，工程實(shí)踐證明了樁基礎(chǔ)是一種經(jīng)濟(jì)有效、安全可靠的基礎(chǔ)形式。

1 樁基工程常見的缺陷及對(duì)聲波傳播的影響

1.1 斷樁（全面斷樁或夾砂）

產(chǎn)生原因：斷樁產(chǎn)生的原因有很多，由于導(dǎo)管提升不當(dāng)或者不慎將導(dǎo)管拔出混凝土面， 使得新注入的混凝土壓在封口砂漿和泥漿上，或是因人工因素、 機(jī)械故障或混凝土供應(yīng)中斷等導(dǎo)致混凝土停灌，停灌時(shí)間超過30min，如未對(duì)施工表面進(jìn)行處理，提升導(dǎo)管時(shí)極易把初凝的混凝土拉松導(dǎo)而導(dǎo)致斷樁發(fā)生。 斷樁部位檢測(cè)時(shí)容易發(fā)現(xiàn)，此處往往會(huì)存在較長(zhǎng)的一段缺陷，波形反應(yīng)較明顯。 不同的缺陷程度與位置對(duì)基樁的受力狀態(tài)影響不同，所以，應(yīng)按樁的受力狀態(tài)分析及缺損程度進(jìn)行定性分析，對(duì)斷樁應(yīng)該采取修理或加固措施。

聲學(xué)參數(shù)特征：嚴(yán)重?cái)鄻督邮詹坏叫盘?hào)，較容易識(shí)別。

1.2 樁身局部局部夾泥或離析

產(chǎn)生原因：夾泥、離析是樁身局部出現(xiàn)低波速區(qū)，一般是由于混凝土導(dǎo)管插入深度不當(dāng)或泥漿的循環(huán)方式不當(dāng)，當(dāng)混凝土從導(dǎo)管流出向上頂托的過程中，形成遄流或混凝土翻騰，使泥漿護(hù)壁力減弱，從而使孔壁剝落或者坍塌，導(dǎo)致樁身局部斷面夾泥；當(dāng)混凝土的和易性不好、澆筑導(dǎo)管進(jìn)入或者首灌混凝土方量不足等，易產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

聲學(xué)參數(shù)特征：接收的波形復(fù)雜，波速降低，首波波幅降低，頻率也會(huì)降低。

1.3 分散性泥團(tuán)

產(chǎn)生原因：這類缺陷主要是因混凝土騷動(dòng)造成孔壁剝落，混凝土離析以及導(dǎo)管中被壓入的氣體完全排出引起的。對(duì)混凝土的強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生一定的影響，定量的分析分散性泥團(tuán)或氣孔的數(shù)量，若是數(shù)量較少，則對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響有限，可不予處理。

聲學(xué)參數(shù)特征：混凝土在穿越泥團(tuán)時(shí)，波速與波幅均下降，如果是局部尚未包裹聲測(cè)管的泥團(tuán)，則下降程度并不大；如果泥團(tuán)包裹聲測(cè)管，則下降程度較大。

1.4 集中性氣孔和蜂窩狀缺陷

產(chǎn)生原因：當(dāng)導(dǎo)管埋入厚度較深時(shí)，混凝土在灌注過程中流動(dòng)性不足，管中的氣體被間息倒入導(dǎo)管的混凝土導(dǎo)壓入混凝土中，因無法排出而形成較大的集中性氣孔，這類缺陷對(duì)樁身斷面的受力面積會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

聲學(xué)參數(shù)特征：聲時(shí)加大，波速降低到，超聲波波幅下降，主頻降低。

1.5 樁底沉渣

產(chǎn)生原因：鉆孔結(jié)束后，由于清孔不規(guī)范、清孔后沒能及時(shí)灌注混凝土或者是下放鋼筋籠時(shí)碰撞了孔壁，造成混凝土灌注后使樁底出現(xiàn)沉渣，沉渣屬于巖屑和泥漿的混合物，可視為較均勻的低波速介質(zhì)。對(duì)于端承樁，規(guī)范不允許樁底沉渣的存在，樁底沉渣過厚會(huì)影響樁基受力，導(dǎo)致樁基發(fā)生沉降。 因此應(yīng)進(jìn)行樁底壓漿處理。

聲學(xué)參數(shù)特征：波速?gòu)南峦喜ㄋ俪尸F(xiàn)逐漸變大的趨勢(shì)。

1.6 樁頂?shù)蛷?qiáng)區(qū)

產(chǎn)生原因：澆筑混凝土過程中由于計(jì)算混凝土方量錯(cuò)誤或者是施工過程中砂層塌落造成擴(kuò)徑現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土充盈系數(shù)不滿足，導(dǎo)致封口混凝土或砂漿與水接觸，頂托過程中會(huì)混入泥水，形成樁頂混凝土強(qiáng)度低，樁頂?shù)蛷?qiáng)一般是泥漿、浮漿、混凝土的混合狀介質(zhì)。

聲學(xué)參數(shù)特征：低波速介質(zhì)，它的波速也成層狀分布，層間的波速是從下往上逐漸減小的，與樁底沉渣的波速分布相反。

2 樁身缺陷的聲波透射法結(jié)果數(shù)據(jù)分析和判斷

由于混凝土是非均勻介質(zhì)，因此其強(qiáng)度，密實(shí)度的分布也是非均勻性，而且是隨機(jī)分布的。 灌注樁樁身各點(diǎn)的波速統(tǒng)計(jì)值符合正態(tài)分布，而混凝土中的缺陷是過失誤差造成的，它不符合正態(tài)分布。這樣我們就可以用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法找到缺陷與正?；炷恋姆纸缇€，即臨界點(diǎn)。 稱為概率法。

概率法的基本出發(fā)點(diǎn)是概率論，即采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)判斷異常值的方法。 樁基混凝土在施工過程中，可能因外界惡劣環(huán)境或人為過失誤差導(dǎo)致產(chǎn)生缺陷，這種由于誤差產(chǎn)生的缺陷處的混凝土質(zhì)量將偏離正態(tài)分布，缺陷的聲學(xué)參數(shù)也同樣會(huì)偏離正態(tài)分布。 所以，只要檢測(cè)出聲學(xué)參數(shù)的異常值，其對(duì)應(yīng)的位置即為缺陷區(qū)。將測(cè)位各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)波速、波幅或主頻值由小到大按順序分別排列，即X1≥X2≥…≥Xn≥Xn+1……，然后逐次進(jìn)行計(jì)算， 通過試算舍棄可疑值， 計(jì)算出其平均值m0及標(biāo)準(zhǔn)差s0值，然后計(jì)算出單個(gè)測(cè)點(diǎn)的臨界值X0：

X0＝mx－λ1·Sx

式中：mx為舍棄可疑值后剩下數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)的平均值；Sx為舍棄可疑值后剩下數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

理論上講，這個(gè)判別方法是比較科學(xué)的，其缺點(diǎn)則是分析過程想當(dāng)復(fù)雜，工作量大。概率法屬于相對(duì)比較法，在進(jìn)行評(píng)定異常點(diǎn)和缺陷時(shí)， 還應(yīng)結(jié)合測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)波速與正常值的偏離程度以及其它地質(zhì)條件、聲學(xué)參數(shù)等指標(biāo)據(jù)進(jìn)行綜合判定。

（1）斜率法

斜率法是跨孔超聲波水平同步測(cè)試法的一個(gè)輔助判據(jù)，它是針對(duì)在實(shí)際施工過程因人為誤差造成聲測(cè)管不平行這一現(xiàn)象而制定的用以輔助數(shù)據(jù)判定的方法。 由湖南大學(xué)吳慧敏教授提出的， 又稱PSD法。 改判基本出發(fā)點(diǎn)為，樁身缺陷處聲時(shí)變大，波速變小，與相鄰正常測(cè)點(diǎn)相比，會(huì)形成一突變。 將相鄰測(cè)點(diǎn)聲時(shí)之差Δt（Δt＝ti－ti－1），除以相鄰測(cè)點(diǎn)深度之差Δh（Δh＝hi－h(huán)i－1），即：

式中：S 為聲時(shí)變化的斜率， 若再乘上相鄰測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)之差Δt（Δt＝ti－ti－1），即可或得一個(gè)判斷缺陷的判據(jù)KPSD，即：

由上式可知， 當(dāng)相鄰測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)之差不大時(shí)，KPSD很小甚至接近零。 KPSD值主要由相鄰測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)之差決定，因此對(duì)于各種逐漸變化的因素（如聲測(cè)管不平行導(dǎo)致的測(cè)距緩慢變化或者混凝土質(zhì)量的不均勻性等）并不敏感，而對(duì)各種由于混凝土內(nèi)部缺陷引發(fā)的透射時(shí)間突變的因素反應(yīng)敏感。 因此，PSD 判據(jù)對(duì)于聲測(cè)管不平行等誤差因素造成的測(cè)試誤差對(duì)判斷的干擾有削弱作用。 至此，我們可以由波速與深度曲線、PSD 與深度曲線對(duì)樁身混凝土是否存在缺陷進(jìn)行判斷。

（2）多參量組合的綜合判據(jù)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)， 各種單一的判據(jù)對(duì)不同類型缺陷的反映是各不相同的，鑒于此鐵道部大橋局科學(xué)研究所提出了多因素概率法，該法運(yùn)用波速V、波幅A、頻率F 三個(gè)聲學(xué)參數(shù)，通過對(duì)你總體的概率分析，獲得一個(gè)綜合判據(jù)臨界值NFP 作為缺限判據(jù)：

式中：KNFD（i）第i 點(diǎn)的判據(jù)值；Vi、Fi、Ai分別為第i 個(gè)測(cè)點(diǎn)波速、波幅、主頻與全部測(cè)點(diǎn)中的最大波速、波幅、主頻的相對(duì)值，即聲參數(shù)分別處以該樁各測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)聲參數(shù)中最大值所得商值；σ 為以上述3 個(gè)聲參量相對(duì)值之積為樣本的標(biāo)準(zhǔn)差；m 為概率保證系數(shù)， 根據(jù)與數(shù)據(jù)樣本相擬合的夏里埃Charliar 概率密度函數(shù)及樣本的偏相關(guān)系數(shù)、峰凸系數(shù)及保證概率（可?。?.01）所決定。KNFD（i）數(shù)值越大，混凝土質(zhì)量越好；當(dāng)KNFD（i）＜1 時(shí)，即可判斷該測(cè)點(diǎn)處有缺陷，其值越小，混凝土質(zhì)量越差。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，樁身的不完整必然會(huì)影響到樁基的承載能力，嚴(yán)重者甚至使其失去承載能力。所以對(duì)成型后的基樁進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)是建設(shè)工程是否安全的一項(xiàng)重要檢測(cè)內(nèi)容，對(duì)于檢測(cè)出有缺陷的樁，針對(duì)樁的缺陷程度應(yīng)采取經(jīng)濟(jì)合理、易于操作的補(bǔ)救措施，防止工程事故的發(fā)生。

［1］羅騏先.樁基工程檢測(cè)手冊(cè).第2 版[M].北京:人民交通出版社,2004.

［2］吳慶曾.基樁聲測(cè)與動(dòng)測(cè)技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009.