聲波透射法檢測樁基中聲測管管距的修正方法研究

李　娟，任文宏，王吉紅，張　釗，何曉慧，王寶輝（甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司，甘肅　蘭州730000）

?

聲波透射法檢測樁基中聲測管管距的修正方法研究

李娟，任文宏，王吉紅，張釗，何曉慧，王寶輝
（甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司，甘肅蘭州730000）

摘要：樁基檢測中聲測管的埋設至關重要，如果聲測管埋設不平行，將會直接影響檢測結果的準確性。根據超聲波在混凝土材料中的傳播特性，推導了聲測管測距修正的相關理論公式，經過應用，該修正公式可以很好地消除因聲測管彎曲或者不平行所造成的影響，取得了較好的修正效果。

關鍵詞：聲波透射法；修正方法；效果

1　概述

近些年來，隨著國家對基礎建設項目投入的不斷增加，在各類工程結構中，樁基作為其重要組成部分和主要的基礎形式被廣泛應用起來[1]。樁基一般深埋于地下，屬于隱蔽性工程，由于施工空間狹小，施工質量往往難以保證，如果施工控制不好，后期檢測不到位，將會給工程的正常使用帶來很大的隱患[2]。

聲波透射法在檢測樁基缺陷中具有眾多的優點，現場操作簡便、快速且不受樁長、直徑的限制，可以較為準確地檢測出樁身混凝土的內部缺陷[3]。提高了樁基檢測效率，保證了樁基的施工質量，是當前混凝土灌注樁基檢測的主要方法之一。聲測管在埋設中應牢固焊接或綁扎在鋼筋籠內側，定位準確，并埋設至樁底，管口應高出樁頂面300mm以上，聲測管之間應保持平行，否則對測試結果造成很大影響，甚至導致檢測方法失效[4-6]。因此，有必要針對聲測管不平行的情況進行研究，掌握聲測管管距的修正方法。

2　聲測管的埋設

當樁徑不大于1500mm時，埋設3根管；當樁徑大于1500mm時，埋設4根管（如圖1所示）。

圖1　測管布置圖（注：圖中陰影為聲波的有效檢測范圍）

聲測管采用金屬管，其內徑應比換能器外徑大15mm，管的連接采用螺紋連接，且不漏水。聲測管應牢固焊接或綁扎在鋼筋籠內側，定位準確，并埋設至樁底，管口應高出樁頂面300mm以上，聲測管之間應保持平行，否則對測試結果造成很大影響，甚至導致檢測方法失效。

3　聲測管的修正

3.1管斜問題

在灌注樁的聲波檢測中，各測點聲速不是直接測量，它是根據儀器實測各測點聲波在混凝土中的傳播時間ti和樁頂聲測管外壁間距l0，由下式計算而得：

而各測點實際聲速為：

因此有：

式中：l0——樁頂面兩聲測管外壁間距；

Vi——測點i按照l0計算的聲速；

li——測點i的實際測距（檢測是無法知道）；

VTi——測點i按照實際測距li計算的聲速；

ti——測點i處樁身混凝土聲時。

當兩聲測管保持較好的平行度時，li=l0，Vi=VTi，即按樁頂面兩聲測管外壁間距l0和各測點實測聲時計算的聲速與各測點的實際聲速相同。

但在實際工程中，聲測管之間很難保持絕對的平行，如果安裝時操作不當或聲測管連接、固定不好，可能會造成聲測管嚴重傾斜、彎折、翹曲，使同一剖面內各測點的測距發生很大的差異，導致按式(1)推算的聲速與測點的實際聲速有很大差別，甚至使檢測試驗失敗(實測數據無法分析)。

3.2對聲測管斜管測距的修正

3.2.1管距修正原理

由式(3)可知：對于某一檢測剖面的聲速-深度v （z）曲線，各測點混凝土質量(可由實際聲速vTi表征)和實際測距li，與l0的比值都將影響聲速-深度曲線的形態(l0/li即是聲測管的傾斜度)。

總之，聲測管傾斜影響v（z）曲線的總體趨勢，是一個漸變(或者按段漸變)的過程，同一趨勢影響的深度范圍較大，屬系統誤差。樁身混凝土質量的波動（vT（z）的變化）對曲線v(z）的影響是突變的，在平均值附近上下波動的，同一趨勢影響的深度范圍小，屬偶然誤差。而樁身缺陷對曲線v(z）的影響是劇烈的，一般情況下明顯偏離曲線的整體趨勢。

3.2.2管距修正的方法

1）在聲速-深度曲線上，以曲線的轉折點為分界點將v（z）曲線劃分為若干段(或者按曲線的大體趨勢來劃分)。

2）對每一段v（z）曲線，用一曲線f（z）與v（z）曲線擬合，得到一條與實測v（z）曲線的總體趨勢和形態基本吻合的曲線方程。

3）以樁頂處混凝土聲速為基礎(此處管距l0是真實的)，對各測點聲速進行修正。

式中：l（z）——修正后的深度為z的測點測距；

f（z）——v（z）的高階擬合曲線；

v0——樁頂混凝土聲速；

l0——樁頂測距；

v′（z）——經測距修正后的各測點聲速；

tz——各測點的實測聲時。

4）繪制經過測距修正后的聲速-深度曲線v′（z）。

4　結語

由于樁基檢測過程中容易出現聲測管不平行的情況，對聲測管的測距修正進行理論推導，為聲測管發生彎斜時檢測數據的修正提供了新的思路及合理的理論修正方法。運用以上所推導的聲測管修正公式，在實際檢測中進行應用，根據監測結果和修正結果、以及實際情況進行對比分析，本文中所推導的修正公式和提供的修正方法可以很好地在工程中加以應用，對樁基聲測管彎斜數據修正中消除了測管誤差的影響，取得了較好的修正效果。

參考文獻：

[1]蔡裕恩.超聲波透射法在混凝土灌注樁檢測中的應用[J].物探與化探,2005,29(3):276-278.

[2]沈忠武.鉆孔灌注樁施工中鋼筋籠偏位及斷樁的處理方法[J].鐵道工程學報,2009,(5):12-15.

[3] Ng S.C,Ismail N,Ali Aidy. et al. Ultrasonic NDE for internal defect detection in multi -layered composite materials by multi-resolution signal decomposition[J].Journal of Applied Sciences,2013,13(1):87-94.

[4] GB50007-2002建筑地基基礎設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2002.

[5] JTG/T F81-01-2004公路工程基樁動測技術規程[S].北京:人民交通出版社,2004.

[6]中國工程建設標準化協會.CECS21:2000超聲法檢測混凝土缺陷技術規程[S].2000.

中圖分類號：TV112.7