連云飛

【摘 要】高層建筑及橋梁等構(gòu)筑物的主要基礎(chǔ)形式多采用混凝土灌注樁，由于單樁承載力大，施工方便，施工進(jìn)度快等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為建筑工程的首選基礎(chǔ)形式。由于灌注樁在灌注混凝土?xí)r均在水下進(jìn)行，造成了對(duì)灌注質(zhì)量監(jiān)控的困難，往往會(huì)構(gòu)成一些質(zhì)量缺陷。常見(jiàn)的樁基缺陷主要有縮頸、夾泥、斷樁、集中氣孔、樁頂?shù)蛷?qiáng)、孔洞、嚴(yán)重離析、樁底沉渣等，影響整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】樁身檢測(cè)；聲波透射法；缺陷位置；缺陷體積；定性確定；無(wú)損檢測(cè)；隱蔽工程

0 引言

聲波透射法是通過(guò)將超聲探頭放入預(yù)埋在樁身內(nèi)部的縱向聲測(cè)管道，超聲波透過(guò)耦合介質(zhì)在混凝土內(nèi)部傳遞，對(duì)樁身進(jìn)行逐段探測(cè)的方法。因此，聲波透射法對(duì)樁身混凝土缺陷的判斷，比其它低應(yīng)變動(dòng)力法更為直觀可靠，尤其是當(dāng)樁身內(nèi)部存在多重缺陷的情況，避免了低應(yīng)變法對(duì)下層缺陷的漏判。因此，在工程實(shí)踐中，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到超聲波檢測(cè)的優(yōu)越性，并獲得了廣泛的應(yīng)用。

一般認(rèn)為，灌注樁的質(zhì)量通常包含兩方面的內(nèi)容：其一是樁的承載力；其二是樁內(nèi)混凝土的密實(shí)度、連續(xù)性、均勻性及其強(qiáng)度，即所灌注的混凝土內(nèi)部是否存在缺陷和達(dá)到所要求的強(qiáng)度等級(jí)。實(shí)踐證明，灌注樁（尤其是大直徑灌注樁）的質(zhì)量主要是由后者控制的，這是由于灌注樁施工時(shí)很易形成缺陷，而缺陷樁的早期承載力未必達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；據(jù)某地對(duì)200多根樁進(jìn)行控制性壓樁試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，其中有10%-15%的缺陷樁，而承載力不能滿足要求的僅占5%-10%，那些承載力已達(dá)到要求的缺陷樁，在長(zhǎng)期應(yīng)力及地下環(huán)境的侵蝕下，仍有可能失去承載能力；灌注樁應(yīng)以樁身混凝土的連續(xù)性、完整性和均勻性及強(qiáng)度作為質(zhì)量主要指標(biāo)。

1 聲波透射法檢測(cè)樁身缺陷的原理

超聲波在混凝土的傳播過(guò)程中攜帶著有關(guān)混凝土材料性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成的信息，當(dāng)超聲波在傳播路徑上遇到缺陷時(shí)，會(huì)在局部范圍內(nèi)繞射、散射和反射，因而可以通過(guò)超聲波能量的衰減、波速的變化和波形的畸變，就可以推斷混凝土的性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成情況。超聲波對(duì)混凝土缺陷的檢測(cè)采用以下4點(diǎn)作為判別缺陷的基本依據(jù)：

（1）根據(jù)低頻超聲波在混凝土中遇到缺陷時(shí)的繞射、反射、散射現(xiàn)象，按照聲時(shí)及聲程的變化，判別并計(jì)算缺陷的大??；

（2）根據(jù)超聲波在缺陷界面上產(chǎn)生散射及被吸收，接收探頭接收到的能量顯著衰減，據(jù)此判斷缺陷的存在及大??；

（3）根據(jù)超聲脈沖不同頻率成分在遇到不同缺陷時(shí)衰減的程度不同，接收頻率存在各異性，或依據(jù)接收波頻譜與反射波頻譜之間的差異，判別樁基混凝土內(nèi)部缺陷；

（4）根據(jù)超聲波在缺陷處的波形連續(xù)性遭到破壞，造成接收波不同頻率和相位的疊加使得波形畸變的現(xiàn)象判別缺陷。

2 聲波透射法對(duì)樁身缺陷位置與體積的定性確定

2.1 樁身缺陷的豎向范圍

當(dāng)采用常規(guī)的超聲波水平同步法對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，根據(jù)前述4點(diǎn)判據(jù)對(duì)樁基質(zhì)量產(chǎn)生疑問(wèn)，懷疑其存在缺陷時(shí)，需要對(duì)重點(diǎn)部位加密測(cè)量和斜測(cè)，藉此確定缺陷的范圍。

對(duì)可疑測(cè)區(qū)，首先進(jìn)行加密檢測(cè)，由常規(guī)測(cè)量點(diǎn)距25cm縮至5cm-10cm，核實(shí)可疑測(cè)區(qū)的異常情況，并確定藉此異常部位的縱向范圍；然后通過(guò)斜測(cè)法對(duì)異常區(qū)域做進(jìn)一步的探測(cè)。所謂斜測(cè)法就是將發(fā)射、接受換能器錯(cuò)開一定的高程差，錯(cuò)開距離一般在1m-2m之間，在聲測(cè)管內(nèi)以相同的提升速度同步提升進(jìn)行測(cè)試，斜測(cè)又可以分為單項(xiàng)斜測(cè)與交叉斜測(cè)，如圖1所示。

圖1 示意圖

在樁頂或者樁底斜測(cè)范圍受限制時(shí)，為了減少換能器的升降次數(shù)，扇形檢測(cè)可以作為一種輔助手段。扇形檢測(cè)就是將一只換能器固定在某高程不動(dòng)，另一只換能器依次逐點(diǎn)移動(dòng)，將測(cè)線按扇形分布，扇形掃測(cè)時(shí)可以選擇各種不同的發(fā)射點(diǎn)。由于在扇形掃描中各測(cè)點(diǎn)測(cè)距不等，雖然波速可以通過(guò)計(jì)算得到，但振幅測(cè)值的可比性較差，所以并不常用。

通過(guò)多次多個(gè)方向的透射，逐次獲得這個(gè)陰影區(qū)的一部分邊界位置，利用重疊的方法獲得整個(gè)陰影區(qū)的邊界，查明缺陷的空間位置和幾何形狀；利用作圖的方法可以確定局限性缺陷在樁身橫截面中的邊界，把多個(gè)檢測(cè)剖面中同一個(gè)橫截面的缺陷邊界投影到該橫截面上去。

需要只指出的是：由于混凝土是一種彈粘塑性體，結(jié)構(gòu)多相性，超聲脈沖波在混凝土內(nèi)部傳播過(guò)程中，混凝土內(nèi)部存在大量的低頻波的繞射和漫反射，在確定陰影邊界的時(shí)候有必要對(duì)混凝土缺陷界面的聲波進(jìn)行綜合分析，才能準(zhǔn)確定位，即便如此，采用陰影重疊法或得的缺陷邊界也是很模糊的。

2.2 樁身缺陷的平面范圍

利用缺陷位置與有限介質(zhì)內(nèi)接收聲場(chǎng)的關(guān)系（圖2）：

圖2 缺陷在聲場(chǎng)的不同位置

2.2.1 缺陷在A處時(shí)，處在發(fā)射接收聲場(chǎng)內(nèi)，且通過(guò)發(fā)射、接收的連線，此時(shí)，聲波需要繞過(guò)缺陷區(qū)域才能達(dá)到接收換能器，聲程加長(zhǎng)，導(dǎo)致聲時(shí)變大，波速下降，由于缺陷對(duì)聲能的吸收，波幅會(huì)下降。

2.2.2 缺陷在B處時(shí)，處在發(fā)射接收聲場(chǎng)內(nèi)，但沒(méi)有通過(guò)發(fā)射、接收的連線，此時(shí)聲時(shí)為正常穿越時(shí)的聲時(shí)值，無(wú)任何變化，由于缺陷對(duì)聲能的部分遮擋與吸收，導(dǎo)致波幅下降。

2.2.3 缺陷在C處時(shí)，處在發(fā)射接收聲場(chǎng)外，聲波在發(fā)射——接收范圍能正常傳播，能量無(wú)損失，聲時(shí)、波幅、波速都無(wú)任何變化，即發(fā)現(xiàn)不了缺陷C。

當(dāng)埋設(shè)三根以上聲測(cè)管時(shí)，根據(jù)有效聲場(chǎng)的概念，（下轉(zhuǎn)第98頁(yè)）（上接第117頁(yè)）可以聲時(shí)、波幅來(lái)推斷水平面上的缺陷分布范圍。

（a） （b） （c） （d）

圖3 缺陷范圍圖

（1）對(duì)樁基3個(gè)測(cè)面進(jìn)行超聲波檢測(cè)后，如果AB檢測(cè)面波幅、聲時(shí)出現(xiàn)異常；BC檢測(cè)面的波幅異常，聲時(shí)正常；AC檢測(cè)面無(wú)異常狀態(tài)，那么我們可斷定缺陷分布范圍如圖3（a）圖所示。

（2）對(duì)樁基3個(gè)測(cè)面進(jìn)行超聲波檢測(cè)后，如果僅AB測(cè)面聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常，AC、BC面均正常，我們可以斷定缺陷分布范圍如圖2.3（b）圖所示。

（3）如圖3（c）所示，C聲測(cè)管周圍被泥團(tuán)包裹，經(jīng)聲波透射法后，AC、BC檢測(cè)面均會(huì)出現(xiàn)異常波幅、波速。這種情況極易造成對(duì)樁基質(zhì)量的誤判，因此不宜盲目的定下結(jié)論，需對(duì)樁基進(jìn)行加密檢測(cè)和斜測(cè)，綜合各種判據(jù)后做最后結(jié)論。

（4）如圖3（d）所示，當(dāng)缺陷處于樁基的中心位置時(shí)，正好是3個(gè)聲測(cè)管接收聲場(chǎng)范圍以外，數(shù)據(jù)檢測(cè)的盲區(qū)，也是容易出現(xiàn)誤判的情況，因此，當(dāng)對(duì)3根聲測(cè)管的樁基聲波透射法有疑問(wèn)，需要鉆孔取芯驗(yàn)證的時(shí)候，不可在樁基中心鉆孔。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，基樁的準(zhǔn)確檢測(cè)對(duì)于各類建筑物基礎(chǔ)乃至上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)起著舉足輕重的作用。如果能準(zhǔn)確的判斷出缺陷的類型、測(cè)出缺陷的位置及程度，能夠較準(zhǔn)確的指導(dǎo)后面的缺陷處理工作，從而很好的解決問(wèn)題。缺陷的定量分析在樁基檢測(cè)的評(píng)定中也占據(jù)很重要的地位，只有準(zhǔn)確的知道樁的缺損程度，才能確定其對(duì)樁基承載能力的影響程度，以便對(duì)樁作出整體評(píng)價(jià)，采取合理的補(bǔ)救措施。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張宏，劉衍林. 復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)反射波法基樁檢測(cè)的干擾因素探析[J].橋梁建設(shè)，（4）.

[2]韓建剛.樁身缺陷的聲波透射法研究及處理[D]. 西安建筑科技大學(xué)，2001.

[3]林梁. 聲波透射法在基樁動(dòng)態(tài)測(cè)試中的研究與應(yīng)用[D]. 福州大學(xué)，2005.

[4]陳信春. 灌注樁聲波透射法應(yīng)用研究[D]. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2008：30-38.

[5]黎超群.樁身缺陷的定性定量推斷的探討[J]. 聲波透射法，1996，12（3）.

[6]國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督中心. 混凝土聲波透射法技術(shù)[M].每中國(guó)建材工業(yè)出版社，1996.

[責(zé)任編輯：曹明明]