樁基聲測法中管距扭曲修正的一種新方法

盧 新 建

(福建省建筑科學研究院，福建 福州 350000)

樁基聲測法中管距扭曲修正的一種新方法

盧 新 建

(福建省建筑科學研究院，福建 福州 350000)

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

聲波透射法，灌注樁，樁基檢測，聲測管管距

0 引言

聲波透射法是基樁檢測的一種常用方法，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，必須保證聲測管平行，因為超聲聲時的變化不僅受混凝土質量的影響，還與聲測管間距有關，因而，一旦聲測管發生扭曲，樁身內部的聲測管間距與樁頂不一致，就容易造成誤判。若聲測管外彎，則計算管距比真實管距小，致使實測聲速值比實際值小，有可能導致實測聲速值比臨界聲速值小的位置因聲速異常被判為缺陷；若聲測管內彎，則計算管距比真實管距大，致使實測聲速值比實際值大，可能導致缺陷因實測聲速值比臨界聲速值大而不能發現?！靶甭史ā敝饕且罁噜彍y點間的聲速及聲時等參數的斜率變化來判斷樁身的異常，可以在一定程度上避免因聲測管偏移而造成的誤判，但聲測管偏移量不同時，同一性質缺陷的判據值不一致，無法對缺陷進行定量判斷。而在施工過程中，經常出現一些聲測管布置不平行的情況，使得無法準確地判定樁基檢測結果，這就需要對聲測管管距偏移進行修正，然后再對樁基進行質量判別。

1 一種新的實測管距修正方法

由于混凝土聲速相對穩定，所以聲時—深度的變化主要是由聲測管管距變化及樁身缺陷所引起的，而聲測管本身具有一定剛度，即使發生扭曲，在大多數情況下也仍然能夠保持光滑連續，在相鄰測點的測距是漸變的，即管距變化引起的聲時變化是連續漸變的，而缺陷引起的聲時變化是突變的，所以在缺陷的數據數量相對較少時，可以把聲時—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—深度曲線以其轉折點為分界劃分為若干段，對每一段聲時—深度曲線v(z)，用一曲線與其擬合，從而得到一條與實測v(z)曲線的形態與趨勢基本吻合的曲線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(此時的管距為真實管距)，對各測點的聲速進行修正。但是這種修正方法存在一些問題：

1)漸變型缺陷對v(z)曲線的影響也是緩變的、大范圍的，因此很難區分某個區域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，與聲測管的彎曲是光滑連續曲線這一事實矛盾。

以下提出一種新的管距修正方法：先求聲時—深度曲線的斜率，然后以轉折點處為分界將斜率—深度曲線劃分為若干段，對每一段斜率—深度曲線g(z)，用一曲線k(z)與其擬合，然后結合樁頂處混凝土的聲速為邊界條件對V0×k(z)曲線進行積分(V0為樁頂處波速)，可以得到一條與實測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，即可對各測點的聲速進行修正。

其中，在深度Zi和Zi-1兩相鄰的測點處，所測得的聲時分別為ti和ti-1，聲時—深度曲線的斜率為：

(1)

在曲線擬合時，由低次到高次逐步擬合，采用最小平方誤差，求得各參數的最優估計值。由于多次的計算所帶來的舍入誤差，有:

(2)

如式(2)成立，則停止計算，k-1次即為合適的擬合次數。最高擬合次數為n-1次。其中，n為數據組數；k為擬合次數；∈ki為第i組數據第k次擬合時計算值與觀測值之差。

由于斜率對v(z)的變化更加靈敏，新方法可以更好的排除漸變缺陷的影響，同時可以解決分段曲線連接處管距—深度曲線不光滑的問題，更符合實際情況。

2 新修正方法的檢驗

為了驗證新修正方法的準確性，事先設定一個聲測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數據，在高程4 m，9 m處分別設置缺陷，繪制成聲時—深度曲線(如圖2所示)。然后分別按上述兩種方法對聲時—深度曲線進行擬合，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際管距，但是以新方法求解的管距在曲線的轉折處更為光滑，更有利于判別缺陷。

3 工程實例

某工程采用鉆孔灌注樁，某樁混凝土設計強度為C30水下，樁長為23.50 m，樁徑為1 000 mm，埋設2根聲測管，共一個檢測剖面。其樁頂測距為680 mm，實測聲速—深度曲線及波速—深度曲線如圖5，圖6所示，可見其樁頂測點聲速為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處的測點聲速僅為3.436 km/s，嚴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，因此有必要對其管距進行合理的修正。

按上述新方法對其聲時—深度曲線進行擬合，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范圍內樁身混凝土的實測聲速值小于臨界聲速值，按照《基樁檢測技術規范》要求，判定此樁樁身完整性為Ⅲ類，但在管距修正后，整個實測聲速值都大于臨界聲速值，可以判定該樁為Ⅰ類樁。為保險起見，對該樁進行了取芯驗證，取出的芯樣連續完整，表面光滑，骨料分布均勻，膠結較好，斷口吻合，呈長柱狀，試件抗壓強度代表值38.6 MPa，為Ⅰ類樁，符合修正后的判斷結果。

4 結語

本文較好的解決了聲測管扭曲、偏移對超聲波檢測的影響，所求聲速更接近實際聲速，還原了樁基的本來面目，提高了缺陷判別的準確性，使聲波透射法檢測混凝土灌注樁樁身完整性的可靠性大大提高，既可以保證工程質量，又避免了工程上的浪費和對工程進度的影響，具有較好的現實意義。

[1] 陳 凡,徐天平,陳久照,等.基樁質量檢測技術[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2014.

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

[3] 鐘贛平.聲波透射法檢測樁基的質量判別綜合研究[D].贛州：江西理工大學，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，Fuzhou350000，China)

2016-03-19

盧新建(1990- )，男，助理工程師

1009-6825(2016)15-0088-02

TU473.16

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