王守林

（廣州市建筑材料工業(yè)研究所有限公司 廣州 510635）

0 引言

聲波透射法是在橋梁、房建和公路領(lǐng)域內(nèi)都廣泛運(yùn)用的一種基樁樁身完整性無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，它具有檢測(cè)準(zhǔn)確性高、現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)便、快捷，不受樁長(zhǎng)樁徑等條件限制的優(yōu)點(diǎn)［1］，但也有不足之處，在實(shí)際工程中，使用聲波透射法檢測(cè)灌注樁樁身混凝土完整性時(shí)，需要假定樁內(nèi)聲測(cè)管平行，即用兩聲測(cè)管管頂露出混凝土部分的距離代替樁身混凝土內(nèi)部?jī)陕暅y(cè)管的距離，但在實(shí)際的聲測(cè)管埋設(shè)施工過(guò)程中往往滿足不了聲測(cè)管平行這一假定，尤其是在沒(méi)有放置鋼筋籠的灌注樁和直徑小樁身較長(zhǎng)的灌注樁中，聲測(cè)管經(jīng)常彎曲、傾斜，影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性，甚至造成誤判、漏判［2］，給工程質(zhì)量帶來(lái)隱患?？梢?jiàn)，在樁身完整性判斷前對(duì)聲測(cè)管是否彎斜進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)管距進(jìn)行修正是十分必要。

目前，工程中用于修正聲測(cè)管管距的方法主要有曲線擬合的方法［3］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［4］、異常特征推理消除法［5］、投影法［6］和小波分析法［7］等來(lái)減小聲測(cè)管彎斜對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。這些方法都是建立在一定的理論假定上，只能減小聲測(cè)管彎斜對(duì)聲波透射法檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，而不能消除，并且這些方法在實(shí)際操作中的的人為影響很大，不夠客觀，而相關(guān)規(guī)范［8，9］也規(guī)定了當(dāng)聲測(cè)管嚴(yán)重傾斜扭彎時(shí)，且不能進(jìn)行有效修正時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)不能做為判定依據(jù)。本文針對(duì)這一問(wèn)題提出了以下解決方法，并基于實(shí)際工程，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了這一方法的有效性和可行性。

1 原理

該方法需要用測(cè)斜管代替聲測(cè)管，埋設(shè)在灌注樁內(nèi)，利用測(cè)斜儀測(cè)得深度z 處各管中心相對(duì)管頂?shù)钠屏浚旅嬉? 根聲測(cè)管的樁為例來(lái)推導(dǎo)管距修正公式：

如圖1所示，以C 管頂中心為總坐標(biāo)系（X-Y 坐標(biāo)系）原點(diǎn)，X 軸平行于C 管的一對(duì)卡槽，指向AB 管的方向?yàn)檎?；Y 軸平行于另一對(duì)卡槽，指向A 管方向?yàn)檎y(cè)量X 正方向與AC、BC 連線之間的角度c1和c2（逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)），再測(cè)得A 管中心和C管中心，B 管中心和C 管中心之間的距離AC、BC?？梢杂?jì)算出A、B 管頂中心在總體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（xa，

式中：AC 為聲測(cè)管 A、C 管頂中心距離（m）；BC 為聲測(cè)管 B、C 管頂中心距離（m）；xa、ya分別為 A 管頂中心在總體坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；xb、yb分別為B 管頂中心在總體坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；c1、c2分別為X 軸正方向到的角度（°）（逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)）。

A、B 聲測(cè)管的局部坐標(biāo)系分別以A、B 管頂面中心OA、OB 為原點(diǎn)，正方向大致與總坐標(biāo)系的正方向一樣，分別測(cè)量軸線XB、XC到連線的角度 α 、β（逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)），則A 管和B 管局部坐標(biāo)與總體坐標(biāo)的角度分別依次為α -180°-c1和β -180°-c2。

圖1 計(jì)算示意圖Fig.1 Calculation Sketch Map

如果聲測(cè)管A 在埋入樁內(nèi)時(shí)發(fā)生彎曲，則A 管在距離管頂z 深度處的管中心豎直投影到A 管的局部坐標(biāo)時(shí)，就不會(huì)與坐標(biāo)原點(diǎn)重合，會(huì)產(chǎn)生偏差，現(xiàn)假定A 管距離樁頂深度z 處的中心OA′豎直投影到A 管的局部坐標(biāo)后的坐標(biāo)為（△Ax，△Ay），參數(shù)△Ax和△Ay即為A 管在距離管頂深度z 的中心處相對(duì)于A 管中心在管頂位置處的偏移值，可以通過(guò)傾斜儀測(cè)出，再通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將A 管中心坐標(biāo)由局部坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成總體坐標(biāo)，則A 管在深度z 處的中心豎直投影到總體坐標(biāo)系統(tǒng)后的總體坐標(biāo)為：

式中：Xa、Ya分別為A 管在深度z 處的中心豎直投影到總體坐標(biāo)系統(tǒng)后的總體坐標(biāo)；△Ax、△Ay分別為A管在距離管頂深度z 的中心處相對(duì)于A 管中心在管頂位置處的偏移值（m）；α 為X 軸正方向與向量的角度（°）。

同理可表示B 管在深度z 處的中心豎直投影到總體坐標(biāo)系統(tǒng)后的總體坐標(biāo)為（Xb，Yb）。

式中：Xb、Yb分別為B 管在深度z 處的中心豎直投影到總體坐標(biāo)系統(tǒng)后的總體坐標(biāo)；△Bx、△By分別為B管在距離管頂深度z 的中心處相對(duì)于B 管中心在管頂位置處的偏移值（m）；β 為X 軸正方向與向量的角度（°）。

此時(shí) C 管中心在深度 z 處的總體坐標(biāo)（Xc，Yc）與局部坐標(biāo)一樣，即：

式中：Xc、Yc分別為 C 管在深度 z 處的中心豎直投影到總體坐標(biāo)系統(tǒng)后的總體坐標(biāo)；△Cx、△Cy分別為C管在距離管頂深度z 的中心處相對(duì)于C 管中心在管頂位置處的偏移值（m）。

那么在深度z 處，A、B、C 管中心之間的實(shí)際距離ABz、BCz、ACz可以由它們的坐標(biāo)算出：

式中：ABz、BCz、ACz為 A、B、C 管中心在深度 z 處之間的實(shí)際距離（m）。

3 實(shí)例分析

南沙某工程，基礎(chǔ)采用大直徑鉆孔灌注樁。經(jīng)過(guò)與施工單位協(xié)商，我公司選取了10 根混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35 的灌注樁做為實(shí)驗(yàn)樁，將實(shí)驗(yàn)樁人為設(shè)置成彎曲或傾斜。實(shí)驗(yàn)樁中編號(hào)為S1 的實(shí)驗(yàn)樁直徑為2 200 mm，樁長(zhǎng)23.6 m，埋設(shè)3 根測(cè)斜管（當(dāng)做聲測(cè)管），并人為使測(cè)斜管彎曲；實(shí)驗(yàn)樁S4 直徑為1 600 mm，樁長(zhǎng)21.8 m，埋設(shè)兩根測(cè)斜管，并刻意使測(cè)斜管傾斜一定角度。將這兩根樁的聲波透射法實(shí)測(cè)結(jié)果，按上述方法對(duì)聲測(cè)管距離進(jìn)行修正后并按規(guī)范［10］進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見(jiàn)表1），其修正前與修正后的對(duì)比結(jié)果如圖2、圖3所示。

表1 實(shí)驗(yàn)樁S1和S4的聲速統(tǒng)計(jì)值Tab.1 The Acoustic Velocity Statistic of Testing Pile S1 and S4

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)樁S1 的AB 剖面的聲測(cè)管嚴(yán)重彎曲，使得聲速的分布離散嚴(yán)重，此時(shí)對(duì)聲速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析已經(jīng)沒(méi)有意義，因此首先需要對(duì)其進(jìn)行修正。修正后聲速的離差從9.50%減小到2.62%，說(shuō)明本文所述的修正方法有效。

實(shí)驗(yàn)樁S4 中的兩根聲測(cè)管中有一根人為設(shè)置成傾斜，從圖3中可以看出，未修正聲速的離散性很大，離差為5.95%，聲速?gòu)纳系较抡w逐漸變大，最大聲速達(dá)到了5.314 km/s，明顯超過(guò)了正常聲速的范圍，若不進(jìn)行修正，直接用規(guī)范［10］的方法計(jì)算聲速異常判斷臨界值將比真實(shí)值偏小，造成深度約為17.0 m 和21.5m 的缺陷漏判，后經(jīng)抽芯驗(yàn)證此處確有局部離析。

圖2 實(shí)驗(yàn)樁S1修正前后的聲速Fig.2 The Acoustic Velocity of Testing Pile S1

圖3 實(shí)驗(yàn)樁S4修正前后的聲速Fig.3 The Acoustic Velocity of Testing Pile S4

4 結(jié)論

本文針對(duì)聲波透射法中聲測(cè)管不平行影響檢測(cè)精確度這一問(wèn)題，提出了一種修正方法，即利用測(cè)斜原理，測(cè)出樁身內(nèi)聲測(cè)管的之間的實(shí)際距離，從而消除聲測(cè)管不平行對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明了本方法的可行性和有效性。