基于聲波透射法的大面積強夯地基檢測方法

張立業(yè)

（深圳市福田建設工程質(zhì)量檢測中心，廣東 深圳 518048）

0 引言

為了提高土地資源利用率，部分建筑工程采用半挖半填的方式填筑地基，但這種方式容易導致滑動和沉降問題。目前，強夯法因具有高效經(jīng)濟、加固效果較強的特點而被廣泛應用于工程項目的地基處理中。

為了驗證大面積強夯地基施工的施工質(zhì)量，需要通過科學有效的方法進行判定，傳統(tǒng)的檢測方法工程量較大，不適用于大面積的檢測工作，對檢測工作的效率和準確度存在不利的影響。

聲波透射法具有應用范圍廣、檢測結果清晰直觀、檢測質(zhì)量好的應用優(yōu)勢，能夠在不同的聲波條件下實現(xiàn)對工程項目施工質(zhì)量的敏感檢測，因此在許多建設工程中被不斷普及和應用。該文基于聲波透射法對大面積強夯地基檢測進行研究。

1 工程概況

1.1 工程場地與水文地質(zhì)條件

該文研究對象的工程強夯區(qū)淤泥層厚度較大，其地基復雜程度和場地復雜程度均為二級，該工程結構疏松，且存在較大空隙和孔隙，其場地為強度較低的欠固結土，工程石料豐富，工期較短，軟弱土層較厚。

該工程場地其西面為南北走向延伸的丘陵地貌，坡面表部由灌木覆蓋，露頭較少，較為平順，邊坡巖體完整，主要為微風化、中風化，無充填物，邊坡未見泥石流、滑坡等現(xiàn)象，具有較好的穩(wěn)定性，場地東側為平原地貌，但該地貌范圍較小，地形平坦，地面標高為0m～1.5m，其南面臨海。

工程強夯區(qū)地質(zhì)層類型豐富，包括素填土、粉質(zhì)黏土、含黏性土碎石以及少量的不同風化程度的含角晶屑玻屑凝灰?guī)r。

該場地水系不發(fā)育，由丘陵地帶形成沖溝并匯集在平原地帶，形成河網(wǎng)流入大海，該河網(wǎng)經(jīng)人工整治，較為平直，河網(wǎng)寬度在16m以下。

1.2 檢測設備與原理

對面積強夯地基進行檢測需要利用相應的檢測設備，一般由測量系統(tǒng)和分析系統(tǒng)構成。該文檢測所采用的檢測儀器主機參數(shù)和提升裝置參數(shù)見表1。

表1 檢測儀器參數(shù)

由于該文通過聲波透射法對工程項目進行大面積的強夯地基檢測，因此需要選擇密封性好、不漏漿的超聲檢測接頭，同時在檢測過程中保證接頭逇安裝牢靠，不會出現(xiàn)脫落情況，保證聲測管內(nèi)暢通，無異物。樁基本身的缺陷越多，其產(chǎn)生的聲阻就越大。聲波透射法利用聲測管傳播聲波，并通過發(fā)射換能器和接收換能器發(fā)射和接收聲波，具體聲波反射及折射過程如圖1所示。

圖1 聲波反射及折射過程

在聲波反射及折射的過程中，增加聲時、降低波速會出現(xiàn)聲能衰減的情況，因此針對聲波信號的波形畸變、振幅3減少等變化特征分析測量值的變化情況，判定樁基存在缺陷的位置和范圍，并進行大面積強夯地基的質(zhì)量評定。

2 大面積強夯地基檢測過程

2.1 聲測管布置

該文聲測管采用的是鋼質(zhì)波紋管，聲測管埋設數(shù)量見表2。

表2 聲測管埋設數(shù)量

為了保證在各檢測坡面檢測的過程中不出現(xiàn)復檢混淆等情況，對各檢測剖面和聲測線按順序進行編號，聲測管從樁基施工中的鋼筋籠內(nèi)側開始，以環(huán)狀的方式進行布置。該文聲測管的布置方式充分考慮強夯地基的檢測覆蓋范圍和基樁的結構穩(wěn)定性，以3管的布置方式完成布設，其聲波檢測的有效面積如圖2所示。

圖2 聲波檢測有效面積

圖2中展示了1號、2號、3號聲測管的布設以及檢測的有效面積。在此基礎上，利用平測法檢查各個檢測剖面，并記錄參量異常的聲測線。然后再次檢測其中的可疑聲測線，根據(jù)二次檢測結果來驗證聲學參數(shù)異常部位的基樁普查結果，從而劃分異常部位存在范圍。首先，將發(fā)射換能器和接收換能器以80mm的步長向上提升，測量聲學參數(shù)。其次，通過斜測在聲測管內(nèi)升降進行測試，評定基樁存在缺陷的部位和性質(zhì)。最后，記錄各檢測剖面的檢測結果。

2.2 管斜數(shù)據(jù)修正

在實際的聲測管布置與埋設中，很難保證聲測管處于絕對平行的狀態(tài)。同時，如果在安裝聲測管時未能進行有效連接和固定，也會使聲測管出現(xiàn)傾斜翹曲等情況，導致在相同檢測剖面的測距中出現(xiàn)較大的結果差異，使該文得到的聲速與實際聲速的誤差較大，嚴重影響檢測的精度，從而無法有效分析與判定檢測數(shù)據(jù)，因此需要修正不平行時得到的測管數(shù)據(jù)，具體修正見式（1）。

式中：r表示聲測管間距；r表示測點實際的測距；C表示聲速；r表示聲測管傾斜度。

由于基樁聲速一直處于波動狀態(tài)，各檢測剖面以及各測點的測距也在不斷變化，因此需要根據(jù)聲速深度曲線判定聲測管的實際聲速。因此，該文利用曲線擬合法來判定聲速判據(jù)，檢測聲測管彎斜的位置和區(qū)域，從而篩選其中存在突變的聲測線，然后再修正聲測線，進一步調(diào)整修正公式，具體如式（2）。

式中：（）表示聲測管間距的深度函數(shù)，（）表示實際聲速定義為深度的函數(shù)。

若基樁聲速對（）的影響是突變的，則表示該基樁存在一定的缺陷，導致真實聲速的變化不具有連續(xù)性。

2.3 檢測數(shù)據(jù)判定

在大面積強夯地基檢測的過程中，主要涉及波幅、聲速、主頻這幾項參數(shù)。其中，聲波在檢測中具有重要的作用，在通過聲波透射檢測大面積強夯地基的過程中，應在設置聲速臨界值的基礎上，按照由小到大的順序排列相同檢測面中各測點的聲速值，具體如式（3）。

式中：v表示測點處的聲速值，表示檢測剖面的測點數(shù)量，表示v序列尾部去除最小值后的累計值。

將序列剩余的數(shù)據(jù)進行計算，具體如式（4）。

式中：表示強夯地基基樁異常判斷值；v和z分別表示-個數(shù)據(jù)的均值和標準差；表示-的對應系數(shù)。

將v與相比較，若v≤，則v及以后的數(shù)據(jù)均為異常，去除異常數(shù)據(jù)，繼續(xù)計算序列中剩余的數(shù)據(jù)，直到v序列剩余數(shù)據(jù)均滿足v＞，此時即為聲速臨界值，若v≤則判定聲速異常，對波幅臨界值進行計算，過程如式（5）。

在同一剖面中，A表示各測點波幅均值。在式（5）成立的條件下，可以判定強夯地基存在異常部位。然而由于主頻測試值較不穩(wěn)定，因此在實際大面積的強夯地基檢測中，僅作為一個輔助判據(jù)，與實測的聲波波形一同進行分析，來對地基基樁進行判定。

3 實驗論證分析

為了驗證大面積強夯地基施工的質(zhì)量，該文在地基基樁施工完成后，通過聲波透射法，根據(jù)聲速參數(shù)和波幅參數(shù)的異常程度實現(xiàn)對大面積強夯地基的檢測，并綜合考慮實測波形的畸變性和主頻漂移程度，建立聲測線的完整性判定表（表3）。

表3 聲測線完整性判定表

由表3中的內(nèi)容可知，上述判定標準主要針對聲測線而言，對單個檢測剖面的地基基樁，則認為該檢測剖面為該樁檢測結果，但若基樁全部按照該標準進行判定，則容易造成重判的情況，因此充分考慮該文基樁的類型和缺陷的空間分布位置，根據(jù)基樁設計的參數(shù)，建立基樁完整性的綜合類別判定，其單樁各參數(shù)見表4。

由表4可知，根據(jù)基樁類別及相關參數(shù)，結合實地情況，在對可疑基樁質(zhì)量進行斜測后確定的缺陷范圍進行基樁完整性分類，具體見表5。

表4 基樁單樁參數(shù)

表5 基樁完整性分類

由表5可知，對大面積強夯地基基樁進行完整性檢測的分類原則，該文選取檢測過程中的5根聲測管在不同管距條件下的聲測檢測結果，具體見表6。

表6 基樁聲測結果

由表6可知5根基樁的聲測結果，在聲測管距離不斷增加的條件下，平均波速不斷增加，聲速不斷增加，在同一基樁中，其聲速是相似的。在斜測法判定基樁缺陷中，選擇1根直接樁接樁進行展示。該樁長65m，樁徑為1.5m，得到該樁的低應變曲線，具體如圖3所示。

圖3 5-7樁低應變曲線

由圖3可知，在5米處存在等強度截面面積變化的情況，并存在一定程度的擴徑，初步判定該樁在5米處存在嚴重缺陷，在10檢測測面和15檢測測面深處有缺陷，分析實測波形，20檢測測面的波形信號有衰減現(xiàn)象，判定該缺陷集中在3號聲測管周圍，具體缺陷投影面積如圖4所示。由圖4可知，缺陷投影位置、大小與聲波和低應變曲線特征相一致，證明該文檢測大面積強夯地基基樁的方法具有可行性。以基樁實際情況為參照，對該文檢測方法得到的結果進行驗證，該文采取直接開挖的方法驗證地基基樁缺陷位置和類別。開挖過程如圖5所示。

圖4 缺陷投影面積

由圖5可知，該文方法檢測得到的地基基樁缺陷的位置和深度以及面積大小與實際情況相吻合，證明該文檢測方法具有準確性。由此可見，該文方法具有可靠性。

圖5 地基基樁開挖過程

4 結語

該文通過了解工程場地與水文地質(zhì)條件的實際情況，根據(jù)檢測原理準備檢測設備，布置聲測管，修正管斜數(shù)據(jù)，判定檢測數(shù)據(jù)，完成該文檢測研究，取得了一定的研究成果。同時，由于時間和條件的限制，因此該文研究存在許多不足，例如未涉及對斜率法判據(jù)的研究、對聲波波形數(shù)據(jù)的內(nèi)容研究較少，未來還將對地基強夯后的地基承載力進行驗證。