劉海濤，鄭 東

（四川衡信公路工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，四川成都611130）

聲波透射法基樁完整性評(píng)判模式探討

劉海濤*，鄭 東

（四川衡信公路工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，四川成都611130）

目前已被用于基樁混凝土內(nèi)部缺陷判斷的參量有聲速、波幅和PSD，但是在工程實(shí)踐中對(duì)Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)樁的分類(lèi)一直是有爭(zhēng)議性的問(wèn)題。因此在對(duì)Ⅱ、Ⅲ類(lèi)樁缺陷投影分析的基礎(chǔ)上，從判別模式和判別標(biāo)準(zhǔn)上做了深入的剖析，保證了判定結(jié)果的統(tǒng)一性。

聲波透射法；聲速；波幅；PSD；缺陷投影

基樁聲波透射法檢測(cè)是超聲檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用，是目前最主要的一種基樁完整性無(wú)損檢測(cè)方法。基樁聲波透射法檢測(cè)與靜載試驗(yàn)法、鉆芯法、高低應(yīng)變法等檢測(cè)方法相比，具有現(xiàn)場(chǎng)操作方便快捷、無(wú)損、檢測(cè)范圍全面、測(cè)試結(jié)果直觀、易于復(fù)檢等多種優(yōu)點(diǎn)。尤其是在大直徑灌注樁中得到廣泛應(yīng)用。

基樁聲波透射法檢測(cè)的基本原理是利用超聲波透射原理，在樁身混凝土內(nèi)發(fā)射并接收超聲波，通過(guò)實(shí)測(cè)超聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的歷時(shí)、波幅、頻率及波形等參數(shù)的相對(duì)變化來(lái)判斷樁身完整性。如圖1所示。

圖1 聲波透射法檢測(cè)原理和傳播路徑

1 問(wèn)題的提出

聲波透射法是超聲脈沖波穿過(guò)樁身混凝土后，被接收換能器所接收。該接收信號(hào)帶有混凝土內(nèi)部的許多信息，如何把這些信息離析出來(lái)，予以定量化，并建立這些聲學(xué)參量與混凝土強(qiáng)度、內(nèi)部缺陷和均勻性等物理指標(biāo)的定量關(guān)系，是當(dāng)前采用超聲脈沖檢測(cè)法的關(guān)鍵問(wèn)題。目前已被用于灌注樁混凝土內(nèi)部缺陷判斷的參量有聲速、波幅和PSD。但是在工程實(shí)踐中判別模式和判別標(biāo)準(zhǔn)依然不易把握，從而造成同樣的測(cè)試曲線(xiàn)，不同認(rèn)知的人可能得出不同的評(píng)判結(jié)果。對(duì)Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)樁的分類(lèi)一直是有爭(zhēng)議性的問(wèn)題。因此，如何做到判定結(jié)果的統(tǒng)一性，是我們需要解決的問(wèn)題。

2 評(píng)判指標(biāo)的離析和優(yōu)劣敏感性分析

（1）聲速判據(jù)。聲速分析判斷有2種方法：概率法和聲速低限值法。概率法是一種相對(duì)比較法，它考察的只是某測(cè)點(diǎn)聲速與所有測(cè)點(diǎn)聲速平均值的偏離程度，在使用時(shí)，沒(méi)有與聲速絕對(duì)值相聯(lián)系。鑒于此，規(guī)范增加了低限值異常判定，當(dāng)各測(cè)點(diǎn)的聲速值普遍偏低且離散性很小時(shí)，宜采用聲速低限值判據(jù)。即實(shí)測(cè)混凝土聲速值低于聲速低限值時(shí)，直接判定為異常。

在施工現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)中，常常會(huì)遇到以下2種情況：第一種情況是由于聲測(cè)管不平行而產(chǎn)生的。在混凝土灌注樁的施工過(guò)程中，由于種種原因造成聲測(cè)管向外、向內(nèi)或扭曲，使聲測(cè)管不平行，兩管間的距離不能確定。由于不平行聲測(cè)管的介入，造成在平行聲測(cè)管中測(cè)出異常點(diǎn)變成正常點(diǎn)。第二種情況是當(dāng)各測(cè)點(diǎn)聲速離散較大，用概率法判斷存在異常測(cè)點(diǎn)，但異常點(diǎn)的聲速在混凝土聲速的正常取值范圍內(nèi)，不應(yīng)判為樁身缺陷。通過(guò)這兩種情況的分析，可以得出聲時(shí)判據(jù)的不唯一性。所以在檢測(cè)過(guò)程中不能過(guò)于依賴(lài)判據(jù)，應(yīng)根據(jù)具體問(wèn)題具體分析。

（2）波幅判據(jù)。波幅是超聲脈沖穿過(guò)混凝土后的衰減程度的指標(biāo)之一。首波波幅對(duì)缺陷的反應(yīng)比聲速更為敏感。當(dāng)混凝土中存在低強(qiáng)度區(qū)，離析區(qū)以及存在夾泥、蜂窩等缺陷時(shí)，將產(chǎn)生吸收衰減和散射衰減，使接收波波幅明顯下降。但波幅的測(cè)試值易受儀器設(shè)備、測(cè)距、耦合狀態(tài)等許多非缺陷因素的影響。

（3）PSD判據(jù)。根據(jù)樁身某一檢測(cè)剖面各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)聲時(shí)Tc（μs），及測(cè)點(diǎn)高程z（mm），可得到一個(gè)以Tc為變量，z為自變量的函數(shù)。Tc=f（z）。

圖2 聲速、波幅、PSD繪于同一坐標(biāo)系

圖3 基樁測(cè)試曲線(xiàn)圖

當(dāng)樁身完好時(shí)，f（z）應(yīng)該是連續(xù)可導(dǎo)函數(shù)。當(dāng)某剖面存在缺陷時(shí)，函數(shù)Tc=f（z）在該剖面就不可導(dǎo)。PSD判據(jù)實(shí)際上反映了測(cè)點(diǎn)間距、聲波穿透距離、混凝土質(zhì)量等因素的綜合關(guān)系，這一關(guān)系隨缺陷的性質(zhì)和范圍的不同而不同，表現(xiàn)為斜率的變化。如圖2所示。

3 工程實(shí)例

以某橋梁基樁工程為例：工程地質(zhì)概況：橋位處上覆粘土，下伏粉砂質(zhì)泥巖及細(xì)砂巖。本次檢測(cè)樁占所檢橋基樁總數(shù)100%。基樁類(lèi)型：鉆孔灌注樁，成孔方式：旋挖成孔、沖擊成孔，持力方式：端承式?；炷翉?qiáng)度為C30。測(cè)試方式：超聲波跨孔透射法測(cè)試儀器：RSM-SY7型超聲波儀?；鶚稖y(cè)試曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

根據(jù)該測(cè)試曲線(xiàn)判定為Ⅲ類(lèi)樁是過(guò)于嚴(yán)格的。導(dǎo)致上述原因是缺陷投影面積與測(cè)試特征曲線(xiàn)并不是一一對(duì)應(yīng)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)Ⅲ類(lèi)樁的特征曲線(xiàn)并不一定都在水平面上的投影面積較大。當(dāng)Ⅱ類(lèi)樁缺陷位于聲測(cè)管附近，也會(huì)出現(xiàn)Ⅲ類(lèi)樁的特征曲線(xiàn)。見(jiàn)圖4。

圖4 Ⅱ、Ⅲ類(lèi)樁身缺陷投影圖

規(guī)范是先以Ⅲ類(lèi)樁缺陷所具有的共同特征曲線(xiàn)為前提，所以當(dāng)反過(guò)來(lái)用測(cè)試曲線(xiàn)判別樁是否為Ⅲ類(lèi)樁這就需要謹(jǐn)慎分析。

4 進(jìn)一步探討的措施

通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)Ⅱ、Ⅲ類(lèi)樁的分類(lèi)做了廣泛的分析和探討，認(rèn)為問(wèn)題的根源有3點(diǎn)：首先是在輕微缺陷和明顯缺陷的界定是非量化的。要剖析哪些是充分條件，哪些是必要條件；這是導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)論容易出現(xiàn)爭(zhēng)議和不確定性的根本原因；其次是超聲波檢測(cè)原理中聲場(chǎng)的復(fù)雜性；再次是混凝土施工缺陷的復(fù)雜性和隨機(jī)性。

因此還需在以上問(wèn)題中進(jìn)一步加強(qiáng)Ⅱ、Ⅲ類(lèi)樁測(cè)試曲線(xiàn)和特征曲線(xiàn)的匹配性研究，在判別模式上指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用。具體措施如下：加強(qiáng)分析單點(diǎn)波形首波的初始起跳和最短傳播路徑；對(duì)樁中心的測(cè)試盲區(qū)要謹(jǐn)慎區(qū)分；對(duì)兩種相當(dāng)?shù)娜毕菰诰C合評(píng)判時(shí)聲速波幅判據(jù)在主次之分上要謹(jǐn)慎對(duì)待，防止相同測(cè)試曲線(xiàn)的干擾。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）雖然用于樁身混凝土缺陷的有多個(gè)聲學(xué)指標(biāo)——聲速、波幅、PSD，它們各有特點(diǎn)，但均有不足。在實(shí)際應(yīng)用中，既不能唯聲速論，也不能不分主次將各種判據(jù)同等對(duì)待。

（2）基于對(duì)基樁實(shí)測(cè)特征曲線(xiàn)的分析，采用交叉斜測(cè)法分析缺陷的投影尺寸，可以有效地判定樁身混凝土中缺陷的性質(zhì)和位置。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ106-2003建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]中華人民共和國(guó)交通部.JTG/T F81-01-2004公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]李廷，徐振華，羅俊.基樁聲波透射法檢測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)判體系研究[J].巖土力學(xué)，2010,31（10）：3165-3172.

[4]鐘會(huì)生,郭大兵.聲波透射法檢測(cè)樁身質(zhì)量的技術(shù)探討[J].土工基礎(chǔ),2001,15(1)：18-38.

TU473.1

A

1004-5716(2015)06-0196-03

2014-06-16

劉海濤（1980-），男（漢族），湖北荊州人，工程師，現(xiàn)從事公路工程技術(shù)檢測(cè)技術(shù)工作。