馬 輝

(江蘇中基工程技術(shù)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(shè)的重點(diǎn)，關(guān)乎到橋梁工程的性能，而樁基的缺陷、性能檢測(cè)成為了影響樁基施工的關(guān)鍵。聲波透射法是常見(jiàn)的樁基檢測(cè)手段，通過(guò)向介質(zhì)發(fā)射物理特性調(diào)制的聲波，觀察傳播波形和聲學(xué)參數(shù)的變化，來(lái)驗(yàn)證被測(cè)對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、幾何特征、宏觀缺陷、力學(xué)性質(zhì)等，進(jìn)而達(dá)到樁基檢測(cè)的目的。文章將基于實(shí)際的工程案例，分析聲波透射法在樁基檢測(cè)中的綜合判讀，為拓展相關(guān)的研究貢獻(xiàn)一份力量。

2、聲波透射法樁基檢測(cè)的原理與數(shù)據(jù)分析

2.1 檢測(cè)原理

聲波透射法樁基檢測(cè)的基本原理是超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)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(dòng)特征，當(dāng)樁基中存在缺陷或破損，則缺陷面有波阻抗界面，產(chǎn)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(huì)體現(xiàn)在聲波的變化上，經(jīng)過(guò)分析之后，就能判別樁基內(nèi)部存在缺陷的部位、大小和性質(zhì)，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(yùn)用的數(shù)據(jù)主要包括波幅A、時(shí)間T、聲速C等，并研究實(shí)測(cè)的波形，分析樁基中缺陷的性質(zhì)、位置、大小等，并評(píng)估樁基的強(qiáng)度。

2.3 樁基內(nèi)部缺陷對(duì)聲波波速的影響

聲波透射法正是利用了樁基內(nèi)部波形的變化特征來(lái)判斷的，內(nèi)部缺陷對(duì)聲波波速的影響比較顯著，當(dāng)樁基構(gòu)筑材料松散時(shí)，聲速小于正常值，測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)偏大，聲波就會(huì)直接穿過(guò)低聲速材料或繞過(guò)缺陷分界面?zhèn)鞑?當(dāng)內(nèi)部存在空洞時(shí)，如有水或空氣，樁基材料和其他介質(zhì)的阻抗特性相差明顯，聲能反射系數(shù)接近1，聲波無(wú)法穿過(guò)混凝土/空氣截面，會(huì)沿缺陷邊緣傳播，傳播的路徑增長(zhǎng)，聲時(shí)增加，聲速就相應(yīng)的減小?？偠灾瑹o(wú)論是那種缺陷，聲波都會(huì)相應(yīng)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(cè)樁基時(shí)，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(méi)有缺陷，無(wú)聲速減小、剖面聲學(xué)參數(shù)異常;二類樁基存在輕微缺陷，但對(duì)于結(jié)構(gòu)無(wú)明顯影響，也能發(fā)揮正常的承載能力，無(wú)聲速減小異常，只有個(gè)別測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)異常;三類樁基存在明顯的缺陷，結(jié)構(gòu)和承載能力都有明顯削弱，局部聲速明顯減小，在多個(gè)測(cè)點(diǎn)聲學(xué)參數(shù)異常;四類樁基缺陷嚴(yán)重，樁身混凝土普遍出現(xiàn)聲速減小和聲學(xué)參數(shù)異常。

3、檢測(cè)程序

3.1 聲測(cè)管的埋設(shè)

聲測(cè)管的規(guī)格、材料需符合要求，上端加蓋、下端封閉，管內(nèi)無(wú)異物，連接處圓滑過(guò)渡，管口高度宜一致。聲測(cè)管巖樁基周圍均勻分布，管底和接頭嚴(yán)格密封;聲測(cè)管埋沒(méi)至樁底，在下沉?xí)r，每下沉一節(jié)鋼筋籠，需注入一次清水，當(dāng)下沉完畢后，需保證管內(nèi)注滿清水，每4m左右測(cè)量聲測(cè)管間距，并做好記錄工作。此外，聲測(cè)管應(yīng)比檢測(cè)面高30公分。

3.2 檢測(cè)準(zhǔn)備工作

檢測(cè)準(zhǔn)備工作包含四個(gè)方面，分別是聲測(cè)管的貫通檢測(cè)、明確檢測(cè)的樁號(hào)、工程地質(zhì)參數(shù)、樁基灌注28天后的強(qiáng)度，只有將這些技術(shù)指標(biāo)和準(zhǔn)備工作做到位之后，才能確保樁基檢測(cè)工作順利開(kāi)展。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)依據(jù)檢測(cè)計(jì)劃進(jìn)行，如核對(duì)樁號(hào)、儀器調(diào)試、參數(shù)設(shè)定、聲測(cè)管注水、手測(cè)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(chǎng)檢測(cè)除了要按照既定的作業(yè)程序執(zhí)行之外，還對(duì)檢測(cè)人員的專業(yè)技術(shù)水平有一定的要求，如基本的儀器維護(hù)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(shí)例分析

4.1 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)概況

本文研究的工程實(shí)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(jìn)行檢測(cè)，工程地質(zhì)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(zhì)黏土，流塑狀態(tài)，σ=70KPa;層淤泥質(zhì)粘土，流塑狀態(tài)，σ=70KPa;層含卵石圓礫，中密，σ=350KPa;地下水對(duì)樁基混凝土不具有侵蝕性。

4.2 檢測(cè)方法與過(guò)程

此大橋10#墩灌注的混凝土為C25等級(jí)，樁徑為1.30m，長(zhǎng)度為48m，采用聲波透射法進(jìn)行檢測(cè)。預(yù)埋三根聲測(cè)管，編號(hào)為A、B、C，分別對(duì)AB、AC、BC三個(gè)面進(jìn)行檢測(cè)。10－2號(hào)樁在距樁頂下3.8－5.5m處，聲測(cè)檢測(cè)AB、BC面聲時(shí)，PSD、波幅均超出判據(jù)。在檢測(cè)分析中，會(huì)受到其他因素的干擾導(dǎo)致誤判，因而一般采用扇形測(cè)、斜測(cè)對(duì)樁基缺陷部位進(jìn)行核驗(yàn)。扇形測(cè)過(guò)程中，需要注意探頭的位置，如A管探頭距樁頂大約3.8m時(shí)，B管探頭在3.5m以上可以獲取真實(shí)的聲學(xué)參數(shù);當(dāng)A管探頭距樁頂為5.4m左右時(shí)，B管探頭在5.7m以下可取得真實(shí)的聲學(xué)參數(shù)。斜測(cè)在B管探頭進(jìn)入缺陷處有異常聲學(xué)參數(shù)，當(dāng)提升至3.5m以上時(shí)，無(wú)論如何調(diào)整儀器，都不能取得正常的聲測(cè)波形。此外，還有一種檢測(cè)方式為平測(cè)，此處不做論述。

從檢測(cè)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(jié)到三類缺陷中，即樁基的缺陷比較嚴(yán)重。

4.3 綜合判讀分析

針對(duì)所檢測(cè)的樁基信息進(jìn)行收集，如樁基位置、地質(zhì)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(méi)有問(wèn)題，也沒(méi)有灌注不足的情況，灌注過(guò)程中無(wú)異常。然后采用聲波透射法與低應(yīng)變檢測(cè)進(jìn)行核驗(yàn)，低應(yīng)變檢測(cè)在3.7－5.5m處沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，判別為一類樁。為了減少誤判，施工單位對(duì)10－2號(hào)樁進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)核，在樁頂下3.7m處沒(méi)有發(fā)現(xiàn)缺陷，而聲測(cè)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(cè)結(jié)果和聲波透射法的檢測(cè)結(jié)果吻合。據(jù)開(kāi)挖驗(yàn)證后認(rèn)為，在B聲測(cè)管周3cm缺陷對(duì)樁基的承載能力和結(jié)構(gòu)不足以產(chǎn)生很大的影響，仍能滿足基本的使用功能，因而不需要進(jìn)行修復(fù)，可以將此樁基歸類到二類樁。開(kāi)挖驗(yàn)證最為直觀準(zhǔn)確，也是最終的判定手段，判定10－2號(hào)樁3.7－5.5m聲測(cè)管壁附近存在3cm厚離析，屬合格樁。

4.4 原因分析

本文針對(duì)10－2號(hào)樁基檢測(cè)進(jìn)行分析，分別采用了聲波透射法、低應(yīng)變檢測(cè)和開(kāi)挖驗(yàn)證，聲波檢測(cè)和開(kāi)挖驗(yàn)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(jìn)行扇形測(cè)和斜測(cè)時(shí)，信號(hào)損失快，聲測(cè)波幅減小，引起接收信號(hào)的畸變，導(dǎo)致聲學(xué)參數(shù)異常。聲波透射法判定為三類樁，而開(kāi)挖驗(yàn)證判定為二類樁，屬合格樁，可見(jiàn)存在一定程度誤判。而低應(yīng)變檢測(cè)法判定為一類樁，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其中明顯的缺陷，誤判更為嚴(yán)重。聲波透射法檢測(cè)效率較高，但仍然需要結(jié)合其他的先進(jìn)技術(shù)，來(lái)提升其判定的效率。

5、結(jié)束語(yǔ)

聲波透射法可以檢測(cè)出樁基的異常，但是缺陷判斷的準(zhǔn)確度還有待提高，在實(shí)踐中要和其他的檢測(cè)方法相結(jié)合，如輔助低應(yīng)變檢測(cè)法，可以對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，低應(yīng)變檢測(cè)出此樁為一類樁，在相同深度沒(méi)有發(fā)現(xiàn)缺陷反射，綜合考量，可判讀此樁無(wú)重大缺陷，屬于合格樁。

［1］趙青.聲波透射法基樁檢測(cè)應(yīng)用探討［J］.交通世界 (建養(yǎng).機(jī)械).2009－06－08.

［2］吳桂林;劉宗明;趙賓.公路工程基樁的聲波透射檢測(cè)應(yīng)用研究 ［J］.公路.2014－06－25.