超聲波透射法與低應變反射波法在樁基檢測中的一致性研究

韓偉華

（長平高速公路建設管理處，山西 長治 046100）

0 引言

樁基礎是基礎建設的主要基礎形式，具有承載力大、施工簡單、抗震性好、成本較低等優點，但是由于其施工質量受到很多制約因素的影響，容易產生疏松、離析、夾泥、縮頸甚至斷樁等質量問題。為了保證工程質量，其承載力和完整性檢測尤為重要。我國的樁基礎動力完整性檢測始于20世紀70年代，發展完善十分迅速，應變反射波法與超聲波透射法等半直接法已成為樁身缺陷位置與程度檢測的常用方法。

超聲波透射法是指在混凝土灌注樁中預埋聲測管，并在聲測管之間發射、接收高頻超聲波信號，通過檢測超聲波在混凝土介質中傳播的時間、PSD、頻率和波幅等聲學參數，與標準值進行比較，并需要工程檢測人員的一定經驗，來判定樁身完整性以及缺陷類型、位置、嚴重程度等的檢測方法。低應變反射波法是根據波一維桿件中的傳播原理，通過在樁頂激發彈性脈沖波，使其沿樁身向下傳播，當遇到樁身阻抗發生變化時，產生一反射波，由安裝在樁頂的傳感器收，根據該反射波的傳播速度、波形特征，分析樁身完整性。這兩種方法不但在理論上存在一致性，在實際工程施工檢測方面也均具有巨大優勢。設備易于運輸、檢測手段較為成熟、效率高且成本低等都是超聲波透射法與低應變反射波法的特點。

馬建軍等提出和討論了大直徑超長樁樁身混凝土的超聲波透射法的技術和可靠度，在實際工程中詳細提出查明樁身內部缺陷的性質、位置、大小及嚴重程度的方法[1]。張宏等介紹了超聲波透射法的現場檢測技術，并用鉆芯法驗證，結果表明：超聲波透射法是十分行之有效的樁基質量檢測方法[2]。肖春喜明確了超聲波透射法檢測大直徑灌注樁樁身完整性的原理、方法和現場檢測技術，并給出了基樁存在缺陷時聲參量幾種特征，表明超聲波透射法可以比較準確地判別長樁的多處缺陷[3]。吳波將超聲波透射法檢測樁基質量研究結果應用到工程實踐中，對聲測管管斜修正、問題樁的判定及處理等問題進行了研究[4]。吳剛介紹了低應變反射波法、超聲波法透射法在某橋梁樁基檢測中的應用，應用低應變反射波法、超聲波法透射法做出科學判斷，為橋梁工程施工提供科學依據[5]。谷牧等對橋梁基樁完整性質量檢測中幾種常用方法進行了介紹，通過對比各自的優缺點，結合在實際檢測工作中各個方法的綜合應用實例，給出了幾種方法對基樁質量缺陷判定有效性評價[6]。王哲介紹了聲波透射法和低應變反射波法的技術原理,通過兩種方法在某工地樁基質量測試中的綜合運用,指出在實際工程中,應根據不同的檢測對象,選擇合適的檢驗方法,從而對基樁中的缺陷進行綜合判定[7]。朱俊通過對不同工程實例采用不同的檢測方法，分別將聲波透射法、低應變法和鉆心法進行了對比，明確了不同方法的各自優缺點[8]。柯宅邦等建立了更符合工程實際的樁土系統瞬態振動計算模型，利用有限差分法計算了完整樁在瞬態軸向激振力作用下的動力響應,比較分析了三維和一維樁頂軸向速度響應的差別，結果表明：相對激振半徑、樁周土剪切波速也是影響三維效應的重要因素[9]。

本文分析應變反射波法與超聲波透射法在基樁檢測中的一致性，以及如何在基樁檢測中提高檢測精度。

1 工程實例

1.1 工程簡介

本文選取某在建橋梁的7根代表性基樁檢測工程為研究背景，由于當地巖石風化嚴重，且橋址大多位于跨河道位置，為了避免缺陷的錯檢、漏檢，提高檢測結果的可靠性，采用低應變反射波法與超聲波透射法兩種方法聯合檢測。通過對檢測數據的分析，進一步總結兩種方法在基樁完整性檢測中的一致性。

該7根基樁均為摩擦灌注樁，采用旋挖機鉆孔，基樁編號按照檢測順序依次編號1、2、3……7，樁長（樁徑）依次為 17.0 m（1 200 mm）、39.5 m（1 800 mm）、40.0 m（1 200 mm）、32.5 m（1 800 mm）、24.0 m（1 500 mm）、32.8 m（1 500 mm）、32.5 m（1 800 mm）。

1.2 超聲波透射法檢測結果

采用超聲波透射法對上述7根樁的實地檢測結果分析如表1所示，限于篇幅，圖1僅給出了4號樁的超聲波透射法實地檢測波形，通過圖1可以看出4號樁存在如表1所述的3個明顯缺陷。

表1 超聲波透射法實地檢測結果分析

圖1 4號樁波形

1.3 低應變反射波法檢測結果

7根樁的低應變反射波法實地檢測結果分析如表2所示，作為與超聲波透射法的對比，圖2給出了4號樁低應變反射波法實地檢測結果。

表2 低應變反射波法實地檢測結果分析

圖2 4號樁波形

2 一致性分析

2.1 理論一致性分析

理論上的一致性主要表現在以下兩個方面：

a）均屬于半直接法。在現場原型的基礎上進行試驗，依靠比較成熟的理論，通過測試手段，同時結合規范規定的理論界限并依靠工程人員的經驗判定，加以綜合分析最終確定樁基礎是否出現質量問題的半經驗方法。超聲波透射法與低應變反射波法均是依靠某些物理參數的波動變化來判定樁身完整性。引起物理參數的變化原因很多，例如樁身夾泥、離析、斷樁以及接樁等缺陷，均會引起波動曲線的變化，因此如果僅從所測的曲線結合規范來進行測判，兩種檢測方法均很容易造成誤判或者漏判，所以還需要工程實測人員憑借自己的工程經驗結合當地地質、施工順序、材料等情況進行綜合判定。

b）在理論基礎中均依附于動測理論。超聲波透射法與低應變反射波法研究的都是由于質點運動而引起的機械波，本質上均屬于采用動力參數法研究質點由于外界因素的擾動而改變本來的運動狀態的方法。

2.2 實例檢測結果一致性分析

經過綜合評定：a)1、2號樁屬于Ⅰ類樁，Ⅰ類樁的工程性質良好。對于1號樁，若單獨采用低應變反射波法，則可能將工程性質良好的大頭樁誤測為缺陷樁，但兩種方法聯合使用可以避免誤測；b)3號樁屬于Ⅱ類樁，該樁的檢測結果表明，這兩種方法的一致性并不是十分良好，有可能出現檢測出的缺陷并不重合的現象，也從側面說明了兩種方法聯合使用的必要性；c)4、5號樁屬于Ⅲ類樁，其中4號樁有3個缺陷，5號樁有2個缺陷，但低應變反射波法僅檢測出了4號樁的2個缺陷與5號樁的1個缺陷，其一致性并不明顯；d)6、7號樁屬于Ⅳ類樁，對于6號樁，低應變反射波法對于超聲波透射法檢測的10.7 m的嚴重缺陷反射信號不明顯，對于7號樁兩種方法都檢測出了淺部缺陷，體現了一定的一致性。

雖然超聲波透射法與低應變反射波法各自擁有優缺點以及檢測的盲區，但是這兩種方法無論從動測理論和實測結果上看，均具有一致性。但是目前來看，低應變反射波檢測結果并不理想。因此，在實際工程中，筆者認為應以超聲波透射法為主、以低應變反射波法為輔，進行樁基完整性檢測，可以確保工程質量。

3 結論

本文基于某在建工程的7根代表性樁基質量檢測，對超聲波透射法與低應變反射波法的基本原理進行了闡述和一致性研究，通過分析可以得出以下結論：

a）由于能量衰減等原因，低應變反射波法往往只能檢測到淺部缺陷，深部缺陷往往難以檢測，可以通過加大激勵強度來改善，該方法適用于樁長小于40 m的樁。超聲波透射法的檢測盲區位于聲測管外側，但該方法可以較好判斷缺陷的類型及嚴重程度。

b）超聲波透射法與低應變反射波法無論在基本理論上，還是在實際檢測結果上都具有一致性，都可以相對準確地檢測出缺陷位置。最好遵照以超聲波透射法為主，以低應變反射波法為輔的原則，進行聯合檢測樁基，以確保檢測結果的可靠度。