樁基檢測工作中聲波透射法及低應變法的應用

吳家彬

(健研檢測集團有限公司，福建 廈門 361004)

0 前 言

樁基礎施工環境復雜，如機械設備的運行性能、現場地質條件、施工技術等均會對其造成影響，而樁基質量又是上部結構穩定性的決定性因素之一。對此，以合理的方式做好樁基檢測工作具有必要性。現階段的樁基檢測方法類型豐富，如聲波透射法、低應變反射波發、鉆芯法等，考慮到樁基檢測結果精確性和結構安全性等多方面要求，工程中常結合多種檢測方法，其優勢在于各方法可相互驗證，更為準確地發現樁基質量問題。

1 工程概況

某高速公路橋梁工程，下部結構使用到鉆孔灌注樁，樁徑1 000 mm，全橋樁基長度分為兩類，即20、21 m，均使用C30混凝土澆筑而得。基于地勘資料得知，樁長范圍內土層介質由上至下分別為粉土、粉質黏土、強風化片麻巖。經業主、施工、監理等多方商討后，最終選擇聲波透射法與低應變法相結合的方式完成對本橋中各樁基的質量檢驗。

2 聲波透射法及低應變法的檢測原理

2.1 聲波透射法的工作原理

基于聲波透射法的應用，可較為準確地反映樁身結構完整程度，明確其中的缺陷類型以及分布情況。此方法的操作流程為：選擇適量聲測管并將其埋設至樁身中，從而構成聲波發射和接收換能器兩類檢測裝置間的上下通道，在聲波檢測儀的輔助下檢測聲波穿過樁身時所產生的各項聲學參數；以所得的實測曲線為依據，在PSD判據法的支持下分析聲學參數的實際表現，如波速、波幅、頻率等，由此確定樁身缺陷的發生位置以及具體大小，評價樁身的完整程度。

低應變法的局限之處在于無法準確檢測各類問題，實際使用中部分樁基缺陷無法被檢出，主要表現為樁基外表質量檢測精度偏低，例如：樁身存在過渡性變化時，該處并未產生明顯的界面變異，在檢測所得的曲線中并不能呈現此方面的信息。并且，在樁基周邊土層阻力偏大的情況下，缺陷處產生的反射信號并不能完全到達接收裝置，期間存在被削弱的情況，導致波形曲線不完整，不利于樁基質量判斷。

2.2 聲波透射法

通過向樁基發送并接收回波的方式檢驗樁基缺陷是聲波透射法的主要工作思路。具體而言，若超聲波傳播過程中所遇到的樁基完整性較好時，生成的圖形中波速正常，不存在異常波動現象且波形各處連續，未見殘缺；若樁基內部存在離析、空洞等質量問題，此時超聲波的傳播路徑受到影響，所得波形偏離正常情況，受缺陷的影響將導致超聲波發生反射、散射等異常傳播現象，波形在某段缺乏完整性，波速較正常狀態也有所下降。根據超聲波傳播全程的波形圖可以判斷樁身是否存在缺陷，并明確發生缺陷的具體位置[1]。

2.3 低應變法、聲波透射法的應用特點

基于低應變法的應用，可幫助工程技術人員明確樁身的完整程度，如圖1所示。此法的操作流程為：確定樁中心的位置，于該處設置激振點，并選取距樁中心半徑2/3處，于該處完成傳感器的安裝作業。根據樁身阻抗變化情況分析樁身的質量，如是否存在缺陷以及具體的發生區域。低應變法檢測的優勢在于操作便捷，檢測所需成本較低，不足之處在于難以確定缺陷的類型和影響范圍，因此，在樁基存在多處缺陷時，此方法的適用性明顯欠佳。

圖1 低應變法

聲波檢測法的優勢在于精度較高，樁徑、現場環境對其的影響均較為微弱，但不足之處在于此法只具備判斷樁身是否存在缺陷及具體類型的能力，無法實現定量分析，且施工中應預埋聲測管，工作量偏大，完成檢測所投入的成本較高，若缺乏保護措施，將嚴重影響到聲測管的穩定性，易發生傾斜或堵塞現象[2]。基于上述對兩種方法的分析得知，各自的優劣勢都較為明顯，樁基檢測中若選擇單一的方法，難以準確反映樁基的實際情況。對此，可選擇兩種方法相結合的方式，彼此間優劣勢互補。例如，在大規格樁基的檢測工作中，選用聲波透射法完成檢測工作，100%預埋聲測管，后續檢測過程中做好對聲測管的防護工作，以免出現堵塞或傾斜現象；若因某方面的因素導致聲測管異常時，將難以準確判斷樁基質量情況，此時可利用低應變法復測，彌補聲波透射法的不足之處。而在小規格樁基的檢測中，將低應變法作為檢測工作的主要方法，并預埋適量的聲測管，通過對兩種檢測方法所得結果的綜合分析，準確判定樁基質量情況，如圖2所示。

圖2 聲波透射法檢測

3 檢測結果與分析

以3#號樁基為例，選擇聲波透射法和低應變法相結合的方式完成檢測，

3.1 聲波透射法

被檢測的各樁基剖面都出現了一定程度的缺陷，主要集中在6.5～8 m深度范圍內，在聲波波速<3 000 m/s，同時波幅等相關指標的實測值都在標準值以下時，表明樁身存在較大范圍的缺陷。對此，選取具有代表性的樁基芯作針對性分析，得知全斷面夾雜部分泥砂，由此引發斷樁現象，通過與質量規范的對比分析，最終將其判定為Ⅳ類樁，為確保現場安全以及結構穩定性，需及時采取處理措施。

3.2 低應變法

3#樁基7.6 m處產生反射波，此結果說明該處存在缺陷，選取具有代表性的芯樣作針對性分析，最終結果表明樁在7.5 m處存在40 cm的縮頸病害，施工人員富有針對性處理該問題。基于上述對聲波透射法和低應變法的分析，作如下總結。

1)在外界因素作用下，易導致低應變法無法正常完成檢測工作，若樁身周邊分布大硬度巖石并且樁身長度偏短，將導致樁基的長徑比偏低，無法與低應變法理論模型相匹配，完成檢測后所得波形偏離實際情況，或是出現不完整等情況。可將聲波透射法作為輔助手段，彌補低應變法的不足。

2)聲波透射法可較好地完成樁基內部質量的檢測工作，但難以準確檢測樁基外圍質量情況。

3)聲波透射法在應用時，應綜合考慮PSD、波幅等多方面的實際表現，結合多項指標給出準確的判斷，若以單一指標為依據，檢測結果易產生偏差。

4)低應變法得以應用的前提條件是做好樁頂清理工作，確保頂部不存在浮漿和積水；確定合適的傳感器安裝位置，該處要打磨光滑，以免外界因素對檢測結果的精確性造成不良影響[3]；傳感器可通過粘結劑安裝，但要注重對粘結劑用量的控制，傳感器不發生移動即可，無需涂抹超量的粘結劑，否則會對反射波信號的傳遞帶來影響，最終所得結果的準確性難以得到保障。

5)避免測點數量過少的情況，并合理布設測點，有效波形>3個。

6)以樁基參數為參考，經分析后選擇合適的手棒或手錘，盡可能減少外界因素對檢測精度的不良影響。

4 結束語

聲波透射法和低應變法均是現階段樁基檢測中較為典型的方法，各自的優劣勢明顯，單獨選用某種方法通常難以滿足高精度的檢測要求，可通過兩者相結合的方式，從宏觀和微觀的角度全面分析樁基質量情況，明確樁基內部及表面的缺陷類型、發生位置和大小，從而給樁基質量補救工作提供參考。此外，兩種方法相結合的方式還可對各自的檢測結果進行檢驗，更為準確地反映樁基實際質量情況。

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