低應(yīng)變反射法與超聲波透射法在基樁檢測(cè)中的對(duì)比研究

張巍瀘 先柳 聶選滔 陳孫權(quán) 姚娟

【摘要】伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，投資項(xiàng)目不斷增加，樁基已經(jīng)成為建筑、橋梁、碼頭等采用最多的一種基礎(chǔ)。樁基工程關(guān)系到整個(gè)施工的安全，但屬于十分隱蔽的工程，質(zhì)量比較難以控制，樁基檢測(cè)是判定樁基質(zhì)量的重要的方法。

【關(guān)鍵詞】超聲波透射法；低應(yīng)變法；對(duì)比分析

1.概述

樁基礎(chǔ)是一種歷史悠久、應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)形式，主要是以鋼筋混凝土為材料的一種樁型。工程中大量使用混凝土灌注樁，灌注樁有以下特點(diǎn)： 施工難度比較大、隱蔽性很強(qiáng)、工藝很復(fù)雜、硬化環(huán)境及混凝土成型的條件復(fù)雜，所以容易產(chǎn)生空洞、裂縫、夾泥、縮徑、沉渣、斷樁等缺陷，所以會(huì)對(duì)建筑物的一些性能造成影響，對(duì)樁的完整性檢測(cè)和找出缺陷位置尤為重要。目前樁身完整性檢測(cè)主要有低應(yīng)變法、聲波透射法、高應(yīng)變法、鉆芯法等。本文主要是針對(duì)灌注樁完整性檢測(cè)中低應(yīng)變法和超聲波透射法的對(duì)比研究展開(kāi)討論。

2.基本原理介紹

2.1低應(yīng)變法基本原理

低應(yīng)變方法采用的是反射波法，反射波法源于應(yīng)力波理論，應(yīng)力波在沿樁身傳播過(guò)程中，當(dāng)遇到樁身存在明顯波阻抗界面或樁身截面變化時(shí)，應(yīng)力波就會(huì)發(fā)生反射，利用安裝在樁頂?shù)募铀俣扔?jì)或者速度計(jì)接收由初始信號(hào)和由樁身缺陷或者樁底產(chǎn)生的反射信號(hào)組合的時(shí)程曲線，通過(guò)對(duì)帶有樁身質(zhì)量信息的波形進(jìn)行處理和分析。

2.2聲波透射法基本原理

聲波透射法是根據(jù)脈沖波在混凝土中的傳播規(guī)律，以施工時(shí)預(yù)埋時(shí)平行的聲測(cè)管作為換能器的通道，通過(guò)水的耦合，換能器發(fā)射和接收超聲脈沖信號(hào)，然后實(shí)測(cè)聲波在混凝土介質(zhì)中傳播的聲速、頻率和波幅衰減等聲學(xué)參數(shù)的相對(duì)變化，對(duì)聲波的傳播時(shí)間（或速度）接收波的振幅和頻率聲學(xué)參數(shù)的測(cè)量值和相對(duì)變化綜合分析，判別基樁缺陷的位置，估算缺陷的尺寸，從獲得的聲學(xué)參數(shù)了解樁各個(gè)剖面的混凝土完整性。

3.兩種方法的理論對(duì)比

3.1原理差異

低應(yīng)變法是通過(guò)縱向應(yīng)力波在樁身波阻抗發(fā)生變化的地方產(chǎn)生反射來(lái)檢測(cè)樁的質(zhì)量。低應(yīng)變方法反映的是樁身某一個(gè)界面的等效效應(yīng)，即反映的是波阻抗的變化，而波阻抗是三個(gè)參數(shù)的乘積。

聲波透射法是通過(guò)聲波穿透混凝土后一些聲學(xué)參數(shù)的變化來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的質(zhì)量，判斷樁的完整性。即主要是通過(guò)檢測(cè)得到的混凝土的聲學(xué)參數(shù)與混凝土質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)確定樁身的完整性。

3.2波速的差異

低應(yīng)變法測(cè)試得出的波速為一維波速，假定樁徑與樁長(zhǎng)之比較小，其波速與樁身的彈性模量和介質(zhì)密度有關(guān)。即

式中，E———彈性模量；p———介質(zhì)密度。

聲波透射法測(cè)試得出的波速為三維波速，其聲速大小與固體介質(zhì)的性質(zhì)和固體介質(zhì)的邊界條件有關(guān)。即

式中，E———彈性模量；μ———介質(zhì)泊松比；p———介質(zhì)密度。

混凝土的泊松比一般為0.2因此低應(yīng)變測(cè)試得到的波速一般是小于超聲波測(cè)試得到的波速。

3.3檢測(cè)范圍差異

根據(jù)樁的長(zhǎng)短所選擇的方法有可能不一樣，低應(yīng)變?cè)跍y(cè)試過(guò)程中敲擊的程度、樁周土體性能、耦合劑等因素的影響，造成波在傳播過(guò)程中有一定的能量損失，樁身較長(zhǎng)，儀器接受的信號(hào)比較弱，影響樁的完整性判定，因此有些規(guī)范中規(guī)定長(zhǎng)樁進(jìn)行完整性檢測(cè)時(shí)宜采用聲波透射法。

4.實(shí)例分析

我們對(duì)山東英才學(xué)院基樁實(shí)訓(xùn)場(chǎng)模型樁分別采用低應(yīng)變法和聲波透射法進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析驗(yàn)證兩種方法的差異，具體的信息如下；

本次試驗(yàn)采用山東英才學(xué)院基樁實(shí)訓(xùn)場(chǎng)4-2號(hào)模型樁，樁長(zhǎng)6.5m，樁徑1.0m，兩聲測(cè)管距離為0.7m，混凝土為C30。經(jīng)查閱成樁記錄，該樁在澆筑混凝土前，未對(duì)其進(jìn)行清孔，導(dǎo)致該樁缺陷為樁底沉渣，沉渣厚度為0.5m，且在澆筑混凝土?xí)r未用導(dǎo)管灌注混凝土。

圖一為4-2號(hào)樁低應(yīng)變測(cè)試曲線，分析發(fā)現(xiàn)樁底反射明顯反射波與首波反向，波速為3400m/s，樁底有缺陷，距樁頂2.2m-2.5m處有輕微縮徑類缺陷，可能是由于聲測(cè)管的影響，導(dǎo)致曲線不規(guī)則。

圖二為該樁超聲波檢測(cè)曲線圖。表一為超聲波檢測(cè)的聲速平均值、聲速臨界值、波幅平均值、波幅臨界值。根據(jù)圖二和表一所列測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，該樁樁身完整，距樁頂6.25m-6.5m處聲速值和波幅值均小于相應(yīng)的臨界值。由于超聲波無(wú)法檢測(cè)樁底沉渣，造成聲速值和波幅值小的原因可能是鋼筋籠吊放不規(guī)范導(dǎo)致聲測(cè)管底部偏移或在成樁前未清孔，澆筑混凝土未采用導(dǎo)管灌入傾倒而下致使粗骨料與底部沉渣混合形成夾泥。

超聲波法因其聲測(cè)管的原因，使其檢測(cè)具有一定的局限性，無(wú)法檢測(cè)聲測(cè)管以外的缺陷。

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的對(duì)比分析，我們可以看出，低應(yīng)變反射法與超聲波透射法都存在著優(yōu)缺點(diǎn)，測(cè)量范圍而言，超聲波法在檢測(cè)長(zhǎng)樁完整性的精確度比低應(yīng)變更加的優(yōu)異。測(cè)量盲區(qū)而言，低應(yīng)變法的測(cè)試盲區(qū)主要在樁的上樁段，淺部有嚴(yán)重缺陷且激勵(lì)脈沖較寬時(shí)，波形主要表現(xiàn)出大振幅、低頻寬幅擺動(dòng)性狀，缺陷以上樁段的波動(dòng)性狀不明顯，所以淺部缺陷一般要求高頻窄脈沖來(lái)進(jìn)行測(cè)試。超聲波因其聲測(cè)管的影響，在聲測(cè)管外圍無(wú)法檢測(cè)。在重要工程中建議用低應(yīng)變（下轉(zhuǎn)）（上接）檢測(cè)法來(lái)驗(yàn)證超聲波檢測(cè)法的不足或用超聲波法來(lái)驗(yàn)證低應(yīng)變檢測(cè)法的準(zhǔn)確性，并結(jié)合施工工藝與成樁記錄來(lái)判定樁身完整性。

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