楊嘉明，閆占豹，王春陽(yáng)，韓 飛，劉 凱

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

1 概況

隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康和諧發(fā)展，國(guó)家對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的投資力度不斷增大，數(shù)以萬計(jì)的高層建筑、廠房、橋梁、港口碼頭等工程建設(shè)項(xiàng)目投入建設(shè)。樁基礎(chǔ)已做為一種重要的基礎(chǔ)形式，被廣泛應(yīng)用其中，尤以混凝土灌注樁被使用的最多。然而樁基工程屬于隱蔽工程，具有施工程序多、施工難度大、技術(shù)要求高的特點(diǎn)。因?yàn)榈刭|(zhì)條件、施工工藝、機(jī)械設(shè)備、人員操作、作業(yè)條件等因素的影響，容易使得混凝土灌注樁出現(xiàn)質(zhì)量問題。而且樁基質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個(gè)工程的安危，所以樁基質(zhì)量檢測(cè)至關(guān)重要。目前樁基質(zhì)量檢測(cè)的方法較多，單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)、單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)、單樁水平靜載試驗(yàn)、鉆孔取芯法、高應(yīng)變法、聲波反射法（低應(yīng)變法）、聲波透射法（超聲波法）等。

聲波透射法與其他的樁身完整性檢測(cè)方法相比，具有信息量豐富、全面、細(xì)致的特點(diǎn)：可以依據(jù)對(duì)樁身缺陷處加密測(cè)試（斜測(cè)、交叉斜測(cè)、扇形掃測(cè)及CT影像技術(shù)）來確定缺陷幾何尺寸；可以將不同檢測(cè)剖面在同一深度的樁身缺陷狀況進(jìn)行橫向關(guān)聯(lián)，來判定樁身缺陷的橫向分布。

2 工作原理

根據(jù)費(fèi)瑪定律：聲波在介質(zhì)內(nèi)從一點(diǎn)向另一點(diǎn)傳播，一定會(huì)沿著最佳、最省時(shí)的路徑傳播。介質(zhì)的聲學(xué)參數(shù)特征值與介質(zhì)的物理力學(xué)情況有關(guān)，混凝土雖然是多種材料組成的復(fù)合體，但是內(nèi)部均勻正常的混凝土，聲波在其內(nèi)部的傳播速度在一定的范圍之內(nèi)，當(dāng)測(cè)距一定時(shí)，可以根據(jù)聲波的大小判定混凝土內(nèi)部質(zhì)量情況。樁身混凝土存在缺陷如裂縫、離析、蜂窩等破壞了混凝土的連續(xù)性，這樣的情況下，聲波將會(huì)發(fā)生的散射和繞射聲能被衰減。因此聲波的傳播路徑變得更加復(fù)雜，穿透的聲波信號(hào)的聲時(shí)將會(huì)延長(zhǎng)、波速和振幅因?yàn)樗p而降低、超聲波頻率特別是主頻率也因聲能衰減發(fā)生頻漂等一系列變化?？傊?dāng)超生波穿過樁身存在缺陷的混凝土?xí)r，聲波各項(xiàng)聲學(xué)參數(shù)特征值因各種衰減會(huì)出現(xiàn)波速降低、波幅減小、突變、波形畸變、主頻下降等特征。超聲波透射法就是根據(jù)各項(xiàng)聲學(xué)參數(shù)特征值在混凝土中傳播的變化，判定樁身混凝土的完整性并能較準(zhǔn)確地測(cè)定缺陷的位置和大小，以及初步判定缺陷的性質(zhì)，為判定樁基混凝土質(zhì)量等級(jí)提供理論支持。

3 聲測(cè)管布置原則

聲測(cè)管應(yīng)沿鋼筋籠內(nèi)側(cè)呈對(duì)稱形狀布置，并依次編號(hào)。見圖1所示。聲測(cè)管埋設(shè)數(shù)量應(yīng)符合下列規(guī)定。

圖1 超聲波透射法埋管示意圖

1）樁徑小于或等于800 mm時(shí)，不得少于2根聲測(cè)管，可獲取1個(gè)聲測(cè)剖面；

2）樁徑大于800 mm且小于或等于1 600 mm時(shí)，不得少于3根聲測(cè)管，可一次獲得3個(gè)聲測(cè)剖面；

3）樁徑大于1 600 mm時(shí)，不得少于4根聲測(cè)管，可一次得6個(gè)聲測(cè)剖面；

4）樁徑大于2 500 mm時(shí)，宜增加預(yù)埋聲測(cè)管數(shù)量，獲得聲測(cè)剖面數(shù)量視聲測(cè)管數(shù)量而定。

值得指出的是，當(dāng)樁徑小于600 mm時(shí)，聲測(cè)管的聲耦合誤差使聲時(shí)測(cè)試的相對(duì)誤差增大，因此樁徑小于600 mm時(shí)應(yīng)慎用超聲波透射法進(jìn)行樁基檢測(cè)。

4 采集方法的選擇

通常情況下，超聲波透射法檢測(cè)時(shí)先采用平測(cè)（即將發(fā)射換能器和接收換能器置于同一平面進(jìn)行同步升降測(cè)量），根據(jù)JGJ106-2014規(guī)定當(dāng)平測(cè)時(shí)的步距不應(yīng)大于100 mm，提升過程中，應(yīng)校核換能器的深度和校正換能器的高差，并確保測(cè)試波形的穩(wěn)定性，提升速度不宜大于0.5 m/s，過快易發(fā)生漏波和畸形波。當(dāng)發(fā)現(xiàn)波形有局部異常時(shí)，首先加密測(cè)量減小步距進(jìn)一步確定缺陷大小及位置并防止因儀器原因出現(xiàn)誤測(cè)，可將步距調(diào)整為50 mm進(jìn)行重測(cè)。在確定存在異常及其豎向位置后，應(yīng)采用扇形掃測(cè)、交叉斜測(cè)、CT影像技術(shù)等方式，進(jìn)行復(fù)測(cè)和加密測(cè)試，確定缺陷的空間分布范圍，排除因聲測(cè)管耦合不良等非樁身缺陷因素導(dǎo)致的異常聲測(cè)線。采用扇形掃測(cè)時(shí)，兩個(gè)換能器中點(diǎn)連線的水平夾角不應(yīng)大于40°。各種掃描測(cè)試方法見圖2所示（T：發(fā)射探頭，R：接收探頭）。

圖2 超聲波透射法采集方法示意圖

5 工程概況

某水利工程壩下交通橋位于壩址下游約1.9 km處，線路走向與樞紐壩軸線基本平行，主線在西南與右岸上壩公路相接，向東北跨越航道和船閘下游引航道與左岸上壩公路相連，另外在江與引航道之間，設(shè)置連接線與進(jìn)廠公路相連。壩下交通橋包括主線跨江航道主橋、主線跨引航道主橋、主線引橋、進(jìn)場(chǎng)公路接線（包括A線、B線，以及橋頭引堤）。累計(jì)43個(gè)墩臺(tái)，共計(jì)136根鉆孔灌注樁，樁徑有1，1.5，2和2.5 m。根據(jù)聲測(cè)管布置原則分別布置3或4根聲測(cè)管進(jìn)行超聲波透射法樁基檢測(cè)。

6 實(shí)測(cè)成果分析

現(xiàn)選取某一墩臺(tái)的2個(gè)樁基（樁徑1.5 m）超聲波檢測(cè)的6條聲測(cè)曲線進(jìn)行解釋說明。

6.1 1號(hào)樁

表1 1號(hào)樁基超聲波檢測(cè)成果表

通過對(duì)比表1和圖3中3個(gè)剖面的各聲學(xué)參數(shù)及波形情況可知：A-B，A-C，B-C剖面聲學(xué)參數(shù)無異常；A-B剖面47.8～47.9 m波形存在輕微畸變，但縱向不連續(xù)，A-C，B-C剖面波形無畸變，因此在一個(gè)深度橫向分布的數(shù)量小于剖面數(shù)量的50%，根據(jù)規(guī)范JGJ106-2014可得1號(hào)樁滿足I類樁第二個(gè)條件，可定為I類樁。

圖3 1號(hào)樁基超聲波檢測(cè)成果曲線

6.2 3號(hào)樁

表2 3號(hào)樁基超聲波檢測(cè)成果表

通過對(duì)比表2中3個(gè)剖面的各聲學(xué)參數(shù)及波形情況可知：A-B剖面37.1～38.1 m、47～48 m波速低于臨界值，波形明顯畸變，且對(duì)應(yīng)深度異常聲測(cè)線縱向連續(xù)分布；A-C剖面36.9～38.1 m，47.8～48 m波速低于臨界值，波形明顯畸變，且對(duì)應(yīng)深度異常聲測(cè)線縱向連續(xù)分布；B-C剖面37.1～37.9 m，42.2～42.9 m，47.2～47.9 m波速低于臨界值，波形明顯畸變，且對(duì)應(yīng)深度異常聲測(cè)線縱向連續(xù)分布?？梢?個(gè)剖面在深度37.1～38.1 m之間均見縱向連續(xù)分布異常，說明在一個(gè)深度橫向分布的剖面數(shù)量為100%，大于50%，根據(jù)規(guī)范JGJ106-2014可得3號(hào)樁滿足IV類樁第一個(gè)條件，可定為IV類樁，為廢樁，必須補(bǔ)樁。

通過前期地質(zhì)超前鉆中的聲波測(cè)井資料，得知3號(hào)樁在深度37.1～38.1 m間巖溶發(fā)育，隨后查閱樁基混凝土灌注班報(bào)，得知該深度混凝土灌注時(shí)流失嚴(yán)重，雖進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)灌注混凝土，但可能由于巖溶等地質(zhì)原因?qū)е略摬课粯扼w存在缺陷。

7 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）實(shí)測(cè)1號(hào)樁為I類樁、3號(hào)樁為IV類樁，檢測(cè)成果真實(shí)有效，避免了IV類樁對(duì)工程質(zhì)量的影響，解決了工程所關(guān)注的問題。

2）超聲波透射法對(duì)缺陷比較靈敏，且可靠度幾乎為100%，尤其對(duì)多缺陷樁，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)每個(gè)缺陷的位置及嚴(yán)重程度，不會(huì)互相影響。

3）為增加樁基檢測(cè)的真實(shí)可靠性，在識(shí)別異常聲測(cè)曲線時(shí)，應(yīng)先綜合分析前期地質(zhì)資料和施工過程記錄資料，排除非混凝土缺陷異常信號(hào)后，再嚴(yán)格按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行樁身完整性的判定。

4）按照設(shè)計(jì)要求，此次樁基檢測(cè)只采用了超聲波透射法，并未同時(shí)采用目前同樣常用的低應(yīng)變反射波法，多種檢測(cè)方法的同時(shí)運(yùn)用，雖增加了檢測(cè)經(jīng)費(fèi)，但可以起到相互校準(zhǔn)與驗(yàn)證的效果，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，應(yīng)得到普遍的推廣與運(yùn)用。

［1］劉金礪.樁基工程檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.

［2］羅哄先.樁基工程檢測(cè)手冊(cè)［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［3］趙裹.淺談應(yīng)盧波透射法進(jìn)行灌注樁檢測(cè)［J］.山西交通科技，2006（5）.

［4］JGJ106-2014,建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］卞兆津，唐海軍.聲波透射法在混凝土灌注樁完整性檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.物探與化探2006（2）.