樁基聲測(cè)法中管距扭曲修正的一種新方法

盧 新 建

(福建省建筑科學(xué)研究院，福建 福州 350000)

樁基聲測(cè)法中管距扭曲修正的一種新方法

盧 新 建

(福建省建筑科學(xué)研究院，福建 福州 350000)

基于聲時(shí)—深度曲線斜率變化，提出聲波透射法樁基檢測(cè)中聲測(cè)管管距扭曲修正的一種新方法，并闡述了該方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用，有效地解決了聲測(cè)管不平行對(duì)聲波透射法的干擾，提高了缺陷判別的準(zhǔn)確性。

聲波透射法，灌注樁，樁基檢測(cè)，聲測(cè)管管距

0 引言

聲波透射法是基樁檢測(cè)的一種常用方法，其判定樁身缺陷的主要方法有“概率法”和“斜率法”。如果用“概率法”判斷樁身缺陷，必須保證聲測(cè)管平行，因?yàn)槌暵晻r(shí)的變化不僅受混凝土質(zhì)量的影響，還與聲測(cè)管間距有關(guān)，因而，一旦聲測(cè)管發(fā)生扭曲，樁身內(nèi)部的聲測(cè)管間距與樁頂不一致，就容易造成誤判。若聲測(cè)管外彎，則計(jì)算管距比真實(shí)管距小，致使實(shí)測(cè)聲速值比實(shí)際值小，有可能導(dǎo)致實(shí)測(cè)聲速值比臨界聲速值小的位置因聲速異常被判為缺陷；若聲測(cè)管內(nèi)彎，則計(jì)算管距比真實(shí)管距大，致使實(shí)測(cè)聲速值比實(shí)際值大，可能導(dǎo)致缺陷因?qū)崪y(cè)聲速值比臨界聲速值大而不能發(fā)現(xiàn)。“斜率法”主要是依據(jù)相鄰測(cè)點(diǎn)間的聲速及聲時(shí)等參數(shù)的斜率變化來(lái)判斷樁身的異常，可以在一定程度上避免因聲測(cè)管偏移而造成的誤判，但聲測(cè)管偏移量不同時(shí)，同一性質(zhì)缺陷的判據(jù)值不一致，無(wú)法對(duì)缺陷進(jìn)行定量判斷。而在施工過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)一些聲測(cè)管布置不平行的情況，使得無(wú)法準(zhǔn)確地判定樁基檢測(cè)結(jié)果，這就需要對(duì)聲測(cè)管管距偏移進(jìn)行修正，然后再對(duì)樁基進(jìn)行質(zhì)量判別。

1 一種新的實(shí)測(cè)管距修正方法

由于混凝土聲速相對(duì)穩(wěn)定，所以聲時(shí)—深度的變化主要是由聲測(cè)管管距變化及樁身缺陷所引起的，而聲測(cè)管本身具有一定剛度，即使發(fā)生扭曲，在大多數(shù)情況下也仍然能夠保持光滑連續(xù)，在相鄰測(cè)點(diǎn)的測(cè)距是漸變的，即管距變化引起的聲時(shí)變化是連續(xù)漸變的，而缺陷引起的聲時(shí)變化是突變的，所以在缺陷的數(shù)據(jù)數(shù)量相對(duì)較少時(shí)，可以把聲時(shí)—深度曲線看作是管距—深度曲線的一種近似曲線。

一種常用的管距修正方法為：將聲時(shí)—深度曲線以其轉(zhuǎn)折點(diǎn)為分界劃分為若干段，對(duì)每一段聲時(shí)—深度曲線v(z)，用一曲線與其擬合，從而得到一條與實(shí)測(cè)v(z)曲線的形態(tài)與趨勢(shì)基本吻合的曲線f(z)，即為管距—深度曲線。然后以樁頂處混凝土的聲速為基礎(chǔ)(此時(shí)的管距為真實(shí)管距)，對(duì)各測(cè)點(diǎn)的聲速進(jìn)行修正。但是這種修正方法存在一些問(wèn)題：

1)漸變型缺陷對(duì)v(z)曲線的影響也是緩變的、大范圍的，因此很難區(qū)分某個(gè)區(qū)域v(z)的變化是樁身漸變型缺陷引起的還是管距變化引起的。

2)分段曲線的連接處不光滑，甚至不連續(xù)，與聲測(cè)管的彎曲是光滑連續(xù)曲線這一事實(shí)矛盾。

以下提出一種新的管距修正方法：先求聲時(shí)—深度曲線的斜率，然后以轉(zhuǎn)折點(diǎn)處為分界將斜率—深度曲線劃分為若干段，對(duì)每一段斜率—深度曲線g(z)，用一曲線k(z)與其擬合，然后結(jié)合樁頂處混凝土的聲速為邊界條件對(duì)V0×k(z)曲線進(jìn)行積分(V0為樁頂處波速)，可以得到一條與實(shí)測(cè)v(z)曲線基本吻合的曲線，即為新的管距—深度曲線。然后以樁頂處混凝土的聲速為基礎(chǔ)，即可對(duì)各測(cè)點(diǎn)的聲速進(jìn)行修正。

其中，在深度Zi和Zi-1兩相鄰的測(cè)點(diǎn)處，所測(cè)得的聲時(shí)分別為ti和ti-1，聲時(shí)—深度曲線的斜率為：

(1)

在曲線擬合時(shí)，由低次到高次逐步擬合，采用最小平方誤差，求得各參數(shù)的最優(yōu)估計(jì)值。由于多次的計(jì)算所帶來(lái)的舍入誤差，有:

(2)

如式(2)成立，則停止計(jì)算，k-1次即為合適的擬合次數(shù)。最高擬合次數(shù)為n-1次。其中，n為數(shù)據(jù)組數(shù)；k為擬合次數(shù)；∈ki為第i組數(shù)據(jù)第k次擬合時(shí)計(jì)算值與觀測(cè)值之差。

由于斜率對(duì)v(z)的變化更加靈敏，新方法可以更好的排除漸變?nèi)毕莸挠绊懀瑫r(shí)可以解決分段曲線連接處管距—深度曲線不光滑的問(wèn)題，更符合實(shí)際情況。

2 新修正方法的檢驗(yàn)

為了驗(yàn)證新修正方法的準(zhǔn)確性，事先設(shè)定一個(gè)聲測(cè)管扭曲的管距變化情況，繪制成管距—深度曲線(如圖1所示)，并按固定聲速(4.2 km/s)編制一組該情況下的理想超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)，在高程4 m，9 m處分別設(shè)置缺陷，繪制成聲時(shí)—深度曲線(如圖2所示)。然后分別按上述兩種方法對(duì)聲時(shí)—深度曲線進(jìn)行擬合，得到修正的管距—深度曲線(如圖3，圖4所示)。

比較圖1和圖3，圖4，可以看出兩種方法求解的管距均接近實(shí)際管距，但是以新方法求解的管距在曲線的轉(zhuǎn)折處更為光滑，更有利于判別缺陷。

3 工程實(shí)例

某工程采用鉆孔灌注樁，某樁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30水下，樁長(zhǎng)為23.50 m，樁徑為1 000 mm，埋設(shè)2根聲測(cè)管，共一個(gè)檢測(cè)剖面。其樁頂測(cè)距為680 mm，實(shí)測(cè)聲速—深度曲線及波速—深度曲線如圖5，圖6所示，可見(jiàn)其樁頂測(cè)點(diǎn)聲速為4.249 km/s，屬于混凝土聲速的正常取值，然而其距樁頂15.40 m處的測(cè)點(diǎn)聲速僅為3.436 km/s，嚴(yán)重偏離混凝土聲速的正常取值，且這一變化是緩變的、大范圍的，因此有必要對(duì)其管距進(jìn)行合理的修正。

按上述新方法對(duì)其聲時(shí)—深度曲線進(jìn)行擬合，得到修正的管距—深度曲線，求得修正后的波速—深度曲線如圖7所示。

修正前，在樁頂以下9.50 m～21.00 m范圍內(nèi)樁身混凝土的實(shí)測(cè)聲速值小于臨界聲速值，按照《基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》要求，判定此樁樁身完整性為Ⅲ類(lèi)，但在管距修正后，整個(gè)實(shí)測(cè)聲速值都大于臨界聲速值，可以判定該樁為Ⅰ類(lèi)樁。為保險(xiǎn)起見(jiàn)，對(duì)該樁進(jìn)行了取芯驗(yàn)證，取出的芯樣連續(xù)完整，表面光滑，骨料分布均勻，膠結(jié)較好，斷口吻合，呈長(zhǎng)柱狀，試件抗壓強(qiáng)度代表值38.6 MPa，為Ⅰ類(lèi)樁，符合修正后的判斷結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文較好的解決了聲測(cè)管扭曲、偏移對(duì)超聲波檢測(cè)的影響，所求聲速更接近實(shí)際聲速，還原了樁基的本來(lái)面目，提高了缺陷判別的準(zhǔn)確性，使聲波透射法檢測(cè)混凝土灌注樁樁身完整性的可靠性大大提高，既可以保證工程質(zhì)量，又避免了工程上的浪費(fèi)和對(duì)工程進(jìn)度的影響，具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 陳 凡,徐天平,陳久照,等.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].第2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[2] 葉 健.聲波透射法樁基檢測(cè)技術(shù)中聲測(cè)管管距偏移的修正以及缺陷的CBV判據(jù)[J].工程質(zhì)量，2005(4)：212-215.

[3] 鐘贛平.聲波透射法檢測(cè)樁基的質(zhì)量判別綜合研究[D].贛州：江西理工大學(xué)，2011.

Abstract: Based on the change in slope of acoustic time and depth of pile, the text will put forward a new method of correction about the deviation of acoustic pipe-distance in cross hole sonic logging of pile testing technique, illustrates the application of the method in projects. This method can minimize the influence of in-parallelling of the acoustic pipe embedded in pile and reflects strength and stability for the quality of pile body concrete more exactly.

Key words: cross hole sonic logging, casting in-situ pile, pile testing, acoustic pipe-distance

A new method of correction about the deviation of pipe-distance in cross hole sonic logging of pile

Lu Xinjian

(FujianAcademyofBuildingResearch，F(xiàn)uzhou350000，China)

2016-03-19

盧新建(1990- )，男，助理工程師

1009-6825(2016)15-0088-02

TU473.16

A