聲波透射法樁身完整性檢測分類標準定量化初探

董承全，李晉平，熊昌盛，孟軍濤

(中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

聲波透射法檢測樁身完整性在我國應用比較廣泛。鐵路、公路、建工等部門相繼頒佈了行業標準［1-3］，對樁身完整性基本統一劃分為四類，但各類標準的劃分均仍處于定性劃分階段。實踐中，檢測人員多感人為因素較大，實際操作困難。為客觀、準確評價工程質量，本文就如何進行樁身完整性評價定量化作一初步探討。

1 超聲波透射法檢測樁身完整性PSD值計算分析

文獻[1]表5.4.5給出了聲波透射法樁身完整性判定方法及波形特征與完整性類別對應關系，但未給出定量標準，實踐中檢測人員難于把握尺度。為探索完整性定量判定標準，現根據樁身完整性類別劃分的概念，將樁身缺陷面積與樁身截面面積之比定義為樁的損傷系數η，樁身損傷系數η為0表示樁身完整，η為1表示樁身完全斷裂。損傷系數η與完整性類別關系見表1。利用表1中η值與樁身完整性類別關系計算出各種樁徑中各類別樁所對應的缺陷直徑DQ及缺陷半徑R(R=DQ/2)如表2。采用波傳播射線法和波的繞射法分別計算出Ⅰ、Ⅱ類樁和Ⅲ、Ⅳ類樁PSD參考值 Ki。

假定缺陷為空洞(如圖1)，如果缺陷是半徑為 R的空洞，以ti－1代表聲波在正常混凝土中直線傳播時的聲時值，ti代表聲波遇到空洞時繞過缺陷呈射線狀傳播時的聲時值。

表1 樁質量類別與損傷系數η的關系

表2 缺陷空洞直徑D m

圖1 聲波呈射線狀傳播示意

根據PSD法定義有

式中

將(2)式和(3)式代入(1)式則有

式中，l為聲波行程，v1為正常混凝土波速，Δz為探頭移動步距。

(4)式只有當R<Δz時成立;當缺陷嚴重，R>Δz時，(4)式不成立，此時還應考慮波繞射，如圖2所示。

圖2 聲波沿缺陷邊緣繞射示意

由圖1圖2，根據不同樁徑，不同混凝土強度等級、不同測試步距、不同的完整性類別，計算得出PSD參考值Ki如表3。

PSD參考值 Ki值計算參考波速 v1對于 C20為3 600 m/s，C25為3 900 m/s，C30 為4 200 m/s。計算所用聲波行程l是以2孔剖面為典型測試剖面計算的，由于2孔剖面時l大于或等于多孔剖面(3孔以上)聲波行程 l，故 Ki值是偏安全的。表3所示 PSD參考值Ki是根據某一檢測剖面某一時刻通過缺陷最大直徑處時聲時值經計算得到的。因此，當某一檢測剖面某一深度測點達到某臨界值時，就可判樁為某類樁。由于缺陷位置分布是隨機的，測線不一定通過缺陷最大直徑處，判定時須考慮多剖面同一斷面出現缺陷的情況，并加密平測或斜測，以確定缺陷大小和范圍。

2 應用實例

2.1 實例1

某長江大橋11#墩1#樁，樁長為23.34 m，樁直徑φ2.0 m，混凝土設計強度等級C25。聲波檢測發現樁身11 m處的 PSD值為8 μs2/cm，由完整性類別與PSD參考值Ki對照表知，該值低于Ⅰ類樁上限值10 μs2/cm，且其它聲參量無異常，判為Ⅰ類樁。與按文獻[1]樁身完整性判定表判定結果吻合。

2.2 實例2

表3 完整性類別與PSD參考值Ki對照 μs2/cm

某長江大橋 1#墩 3#樁，樁長 15.29 m，樁直徑φ2.0 m，混凝土設計強度等級 C25。移動步距25 cm。聲波檢測發現樁身8 m處PSD值為29 μs2/cm，查完整性類別與PSD參考值Ki對照表(表3)，對應的PSD參考值為10

2.3 實例3

某隧道出口9#抗滑樁，樁長19 m，樁截面1.75 m×1.75 m，混凝土設計強度等級C20，移動步距25 cm。聲波檢測發現樁身15 m處PSD值為260 μs2/cm，按上述方法查完整性類別與 PSD參考值Ki對照表，查φ2.0 m，對應 PSD參考值為82

3 結語

1)由計算結果可看出，PSD參考值與缺陷大小、強度等級、樁直徑、移動步距有關，強度等級越高，PSD參考值越小，樁直徑越小，PSD參考值越小。

2)根據計算結果結合工程實踐，對于Ⅱ類樁，當測點移動步距為25 cm時，φ1.0、φ1.5樁徑，PSD參考值上限以 61 μs2/cm 為宜，φ2.0、φ2.5樁徑，PSD參考值上限以87 μs2/cm為宜。對于Ⅲ類樁，φ1.0、φ1.5樁徑，PSD參考值上限以 121 μs2/cm為宜，φ2.0、φ2.5樁徑，PSD 參考值上限以 275 μs2/cm 為宜。對于Ⅳ類樁，凡PSD參考值Ki大于表3中Ⅲ類樁上限者為Ⅳ類樁。對于Ⅰ類樁，Ki理論上為零，現場實際操作過程中由于儀器和環境噪聲干擾，實際上很難實現，建議以10 μs2/cm為判據。不同樁徑，不同強度等級的PSD值可由表3查得。實際應用證明該法可行，可供類似工程檢測時參考。

3)由于影響聲波透射法PSD值定量判定的因素較多，實際工作中需結合聲速聲幅特征綜合考慮，必要時結合鉆芯法，靜載法進行綜合判定，并不斷積累經驗，以提高分析判定的準確性。

致謝:本文編寫過程中得到徐慧研究員的指導與幫助，在此謹致謝意!

[1] 中華人民共和國鐵道部.TB 10218—2008 鐵路基樁檢測技術規程［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB 10218—99 鐵路工程基樁無損檢測規程［S］.北京:中國鐵道出版社，1999.

[3] 中華人民共和國建設部.JGJ 106—2003 建筑基樁檢測技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2003.

[4] 陳凡.基樁質量檢測技術［M］.北京:中國建筑工業出版社，2003.

[5] 董承全，張佰戰，胡在良，等.樁身完整性不同檢測方法的對比試驗［J］.鐵道建筑，2009(12):75-77.