聲波透射法及低應變法在樁基檢測中的綜合應用

楊 甦 （安徽省地球物理地球化學勘查技術院，安徽 合肥 230022）

1 引言

隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，大量的工程質量問題開始凸顯[1]。樁基工程屬于隱蔽性工程，施工過程中流程復雜，對技術要求高，同時樁基質量的好壞將會對建筑物的上層結構安全性造成直接影響，因此樁基檢測的工作極為重要。目前樁基檢測主要分為承載力檢測和樁身完整性檢測。在樁身完整性檢測方面，最常用的方法為聲波透射法和低應變法[2,3]，由于它們的檢測原理與適用范圍均不相同，這兩種方法在實際工程應用中有各自的優(yōu)劣之處。本文從聲波透射法和低應變法的檢測原理出發(fā)，分析了兩種方法在工程中的可行性和適用性，指出在工程中可以將兩種方法綜合運用來提高檢測結果的準確性，最后結合工程案例來對其進行驗證，希望能給從業(yè)人員提供借鑒。

2 聲波透射法及低應變法的檢測原理

2.1 聲波透射法工作原理

聲波透射法主要用于檢測樁身結構的完整性，判定樁身缺陷的類型、程度和位置。其基本原理為[4]：在樁身埋設一定數量的聲測管作為聲波發(fā)射和接收換能器的上下通道，在水的耦合作用下用聲波檢測儀以一定的間距沿通道逐點檢測聲波穿過樁身各界面混凝土的聲學參數；運用PSD判據法對實測曲線的波速、波幅、波型、頻率等參數進行分析判斷，確定樁身混凝土缺陷的位置、程度，推斷樁身混凝土的連續(xù)性、完整性和均勻性，從而對樁身完整性等級進行評定（圖1）。聲波透射法具備檢測全面、細致的優(yōu)勢，檢測方位可以覆蓋整個樁長的各個橫截面，不受樁長和樁徑的影響，檢測結果相對準確可靠。聲波透射法已成為灌注樁樁身完整檢測的一種重要手段，被廣泛應用于水利、公路和港口等工程建設領域。與此同時，聲波透射法也具備一些不足，首先是其對檢測管道的垂直度要求高，容易造成數據失真；其次預埋管道施工單位可以提前準備，使得抽查失去了意義。

圖1 聲波透射檢測原理圖

2.2 低應變法工作原理

低應變法的檢測原理主要是基于一維波動方程理論。在檢測過程中，假設樁身為連續(xù)彈性的一維均質桿件，使用錘子對樁頂進行錘擊，激發(fā)樁頂附近的質點發(fā)生振動，這些振動會沿著樁身向下傳播，形成應力波。當應力波在傳播過程中遇到缺陷界面處或者樁底時，應力波在樁身傳播時會發(fā)生透射和反射，帶動新的質點振動，反射波通過樁身再次傳遞到樁頂時，該部分反射波會被樁頂的傳感器接收，形成相應的反射波形。根據反射波波形的參數和反射波達到樁頂的時間可以推測出樁基缺陷的深度，根據其相位和幅值可以推測出樁基缺陷的種類和類型（圖2）。在低應變法檢測系統(tǒng)中，主要包括激振模塊、測量模塊以及數據分析模塊。激振模塊主要通過外力產生瞬態(tài)激振和穩(wěn)態(tài)激振，瞬態(tài)激振主要通過力棒或者手錘的敲打，穩(wěn)態(tài)激振主要采用電磁激振器，在樁基檢測中瞬態(tài)激振運用的更為廣泛。測量模塊將振動的能量通過傳感器進行轉換。數據分析模塊主要利用計算機的系統(tǒng)對檢測數據進行分析。

圖2 低應變法檢測原理圖

3 聲波透射法及低應變法綜合運用的可行性

對于低應變法來說，其檢測理論建立在受檢樁滿足一維波動方程理論的基礎上，即受檢樁必須滿足一維彈性桿件的假設，當樁基與基巖銜接緊密或樁基的嵌巖段較長時，受檢樁常常不滿足上述假設。同時，樁基圍巖的存在也會減弱樁基中反射信號的傳播，影響低應變法的檢測效果。此外，如果樁身的缺陷呈過渡性變化，沒有明顯的變異界面，缺陷的信息一般較難從實測曲線上得出。

對于聲波透射法來說，聲測管埋設的規(guī)范與否會對檢測結果造成較大的影響[5]。如果樁長較長，在聲測管的埋設過程中很難做到聲測管之間相互平行，而聲測管的平行與否會對檢測結果造成不利影響，給樁身質量的判定帶來困難。此外，由于埋管的限制，可能會出現(xiàn)聲測管沒有到達樁底的情況，無法對樁底沉渣以及樁底混凝土和持力層結合情況進行判定，這點對于端承性型樁的承載力影響極大。

由此可知，將低應變法和聲波透射法相結合既可以避免單一方法帶來的局限性，又可以在結果上達到相互印證的目的，提高樁基完整性檢測檢測結果的準確性，有效提高在建工程的質量。

4 工程案例

4.1 工程概況

某基坑支護工程地層構成從上往下依次為填土、粘土、全風化泥質砂巖和強風化泥質砂巖，設計采用鉆孔灌注樁，在鉆孔時發(fā)現(xiàn)樁孔底部存在泥土和地下水，可能會對灌注樁的質量造成影響，故在基樁澆筑完成后，分別采用聲波透射法和低應變法對基樁的完整性進行檢驗。

4.2 檢測結果

根據現(xiàn)場獲得的聲波透射法曲線和低應變曲線對該灌注樁的質量進行評判。通過獲得的聲波透射法曲線圖可知，該鉆孔灌注樁聲波透射法所測部分樁身混凝土的波速約為4050m/s，樁身無異常情況，可以判定為Ⅰ類樁。

采用低應變法進行樁基完整性檢測時發(fā)現(xiàn)該樁樁底存在明顯的同向反射，樁身底部存在異常情況，初步判斷樁底有沉渣現(xiàn)象，可以判定為Ⅲ類樁。

為了驗證低應變法檢測結果的正確性，使用鉆芯法對其進行驗證，發(fā)現(xiàn)該灌注樁樁底存在30cm的沉渣，為粉質粘土，初步判斷為管樁混凝土鉆孔塌孔所致。

5 結論

聲波透射法和低應變法的檢測原理不同，它們具備各自的優(yōu)勢及局限性，在實際工程中將兩者的優(yōu)勢相結合，不僅能從宏觀上掌握樁基完整性的實際情況，同時可以得出缺陷的實際位置，達到優(yōu)勢互補的目標。此外，這兩種方法也可以相互印證，提高檢測結果的準確性，為工程的驗收提供有力的保障。