聲波透射法在樁基檢測中的應用

王 瓊

(福建東辰綜合勘察院 福建福州 350005)

0 引言

隨著城市建設的發展，高層建筑已成為城市建設的新地標。在高層建筑中，樁基礎應用十分廣泛。樁基在地震力作用下變形小，穩定性好，是解決建筑物抗震問題的一種有效措施。但其作為地下隱蔽工程，施工中由于不確定因素可能導致樁基質量難以估摸，并將左右樁基成樁質量，其相應的檢測技術直接決定了整個工程的安全。基此，國內眾多學者、工程實踐者對樁基的質量問題關注度日益攀升，樁基檢測方法也由此得到了迅速的發展，技術不斷成熟。

楊國強、張坷強[1]針對聲波透射法檢測樁基的影響因素展開研究，從基本原理出發，對10種影響因素進行分析并得出有用結論；趙新華、王洪彪[2]通過樁基檢測實例介紹了聲波透射法的應用，對實測波形進行了分析；孫民[3]對聲波透射法中聲波的傳播規律進行了理論研究，在理論研究的基礎上對樁基進行了分析，最終以實際工程為案例對該方法的應用情況作了較為詳細的總結；吳旭東[4]認為利用聲波透射法進行樁基完整性檢測時其本身帶有一定的局限性，主要體現在設備安裝、設備類型和檢測人員的主觀判斷等方面；張繼華等[5]為提高檢測精度，在理解聲波透射法原理的基礎上，采用多種方法相結合的思路對灌注樁完整性進行了分析；孟新秋等[6]結合工程實例對灌注樁采以聲波透射法檢測，得出聲速和首波時判定的重要參數等結論。

本文以東南沿海福建某城區灌注樁聲波透射法檢測為工程實例，結合實際檢測數據，對聲波透射法在樁基檢測中的應用展開研究，對基樁聲時-深度曲線、聲幅-深度曲線、PSD曲線、各檢測剖面實測波列圖等進行分析，供類似條件下的樁基檢測判定參考。

1 聲波透射法檢測原理

聲波透射法適用于已預埋聲測管的混凝土灌注樁身完整性檢測，判定樁身缺陷的程度并確定其位置。其基本原理是通過記錄超聲脈沖波在混凝土灌注樁中傳播過程表現的波動特性。當超聲波抵達混凝土缺陷面，該位置將形成波阻抗界面，聲波檢測儀接收到的透射波能量將明顯降低。當混凝土灌注樁樁體內部出現松散、蜂窩狀等缺陷，超聲波將產生散射和繞射，具體檢測原理如圖1所示。

圖1 聲波透射法檢測原理圖

2 聲學參數判據

聲音在混凝土中傳播的速度與混凝土成形質量有關，一般混凝土自身強度越高，聲速越大。混凝土成形質量越好，聲速越大。

波幅是聲音傳播能量的表現形式，灌注樁缺陷區對傳播能量的吸收和散射程度加大，相應位置波幅值降低。波幅對混凝土灌注樁的缺陷存在最為敏感，是主要判據之一。

PSD判據是聲時-深度曲線上相鄰兩點斜率同測點聲時差的乘積，因此偏離該乘積值的位置可能屬于缺陷區，應結合聲速、聲幅變化進行分析判斷。

當檢測樁材料拌和均勻，形成的樁身完整，樁體沒有缺陷，則所測得波速應較為均勻，波幅無明顯差異，波形正常，異常處將出現波速大于平均值的現象。當樁身由于材料拌和不均勻、孔底浮渣嚴重或者出現裂縫、孔洞、蜂窩等明顯缺陷，則波速、波幅將小于臨界值，PSD值將變大或發生突變，波形產生畸變。

3 工程實例

3.1 工程概況

擬建場地土層情況自上而下為雜填土、粉質粘土、細砂、淤泥含砂、中細砂、礫砂、卵石、殘積砂質粘性土和不同風化程度的花崗巖。擬建建筑包括地上兩層地下一層，采用直徑1000mm沖孔灌注樁，樁數共計127根。本次檢測選取總樁數10%，即13根樁進行檢測。

檢測時，將接收與發射換能器分別置于2個超聲波檢測管中，以同一高度等距離同步移動，測點間距為100mm，自檢測管底至設計樁頂標高逐點進行對測，發現可疑部位再進行復測或加密檢測，以確定缺陷的位置和范圍。選取其中兩根樁的檢測結果進行分析，聲測管在檢測樁體中的分布如圖2所示。

圖2 聲測管分布圖

3.2 實測曲線分析

選取一根樁體進行實測曲線分析，編號為1號樁，該樁樁長52m，其所測得聲學參數曲線及波形圖如圖3～圖4所示(選取2號聲測管進行分析)。

圖3 1號樁聲學參數曲線圖

圖4 1號樁波形圖

由圖3分析可知，在樁長范圍內，聲速較為穩定，最大值4.667km/s，最小值4.003km/s，平均值為4.437km/s，標準差為0.069。波幅標準差0.986。根據PSD曲線，該樁PSD曲線無較大突變，波形變化均勻，綜合可以得出該位置樁體完整性較好，材質均勻，樁體性質好。

圖5 2號樁聲學參數曲線圖

圖6 2號樁波形圖

同理分析圖5中2號樁2號聲測管所測聲學參數曲線和圖6波形圖可以發現，2號樁樁長27.0m，2號聲測管測得4.5m深度范圍內，局部聲速低于臨界值，聲幅明顯低于臨界值83.160，PSD曲線發生連續突變，對應深度范圍內的波形出現明顯畸變，波形不清無條理。根據聲學參數判據和波形圖異常可以判定該位置可能出現孔洞或大面積樁體缺陷。

將以上兩根檢測樁的檢測數據匯總如表1所示。

表1 檢測結果匯總表

3.3 檢測結果分析

該工程對淺層檢測出現缺陷的樁體進行開挖驗證，發現2號樁在2號聲測管一側4.5m深度附近出現混凝土材料填充不充盈，鋼筋外露，且深度較小位置混凝土材料雜質較多，水泥參入比不足，成樁質量差。由此可見以上檢測分析較為合理。

圖7 實樁圖

灌注樁混凝土材料與一系列聲學參數雖有相對穩定的關系，但是這種關系并非絕對，還受多種因素影響。

聲音傳播速度受灌注樁原材料的配合比、攪拌均勻程度、齡期、骨料粒徑等影響較大，因此以上皆是影響檢測結果的因素；波幅是聲音傳播能量的表現形式，灌注樁缺陷區對傳播能量的吸收和散射程度加大，因此缺陷區域的位置、形狀和連通性及其隨機組合情況，對檢測結果影響較大；除此之外，人為操作如測試過程中拉繩額速度、穩定性以及儀器自身穩定性均對測試結果有影響。

4 結論

本文對聲波透射法檢測的聲學參數特性進行介紹，結合實際樁基檢測，對基樁聲時-深度曲線、聲幅-深度曲線、PSD曲線、各檢測剖面實測波列圖等進行分析，得出了以下結論：

(1)聲波透射法檢測中，樁基質量與聲速、波幅等聲學參數變化相關，但不完全受限于聲學參數判據，聲學參數出現變化除了樁身缺陷的可能，還有可能是被檢測樁自身材料、拌和程度、齡期的不同而產生。

(2)聲波透射法檢測結果只能作為參考依據，具體缺陷類型應結合實際驗樁結果進行綜合判定。

此次樁基檢測僅采用聲波透射法，如果能采用多種檢測方法互相檢驗，可以獲取更高準確率的檢測成效。

參考文獻

[1] 楊國強, 張坷強.聲波透射法檢測樁基的影響因素[J].土木建筑學術文庫, 2011, 15(1).

[2] 趙新華, 王洪彪.聲波透射法檢測樁基實例[J].土工基礎, 2003, 17(3):81-83.

[3] 孫民.聲波透射法在樁基檢測中的理論與實驗研究[J].大連：大連海事大學, 2017.

[4] 吳旭東.聲波透射法檢測樁基完整性的分析[J].黑龍江交通科技, 2017, 40(3):143-144.

[5] 張繼華, 孫華圣, 陳家瑞,等.聲波透射法檢測樁基完整性原理及工程應用[J].淮陰工學院學報, 2017, 26(1):47-51.

[6] 孟新秋, 馬健, 劉麗.聲波透射法樁基檢測非缺陷性影響因素[J].土工基礎, 2017(6):771-774.