談聲波透射法在樁基完整性檢測中的應用★

李索南多吉 肖青云 王文軍 黎 罡

(吉首大學土木工程與建筑學院，湖南張家界 427000)

1 工程概況

根據地質勘察報告，場地情況如下:場地為溶蝕丘陵地貌，位于山腰緩坡，場地整體東高西低，相對高差8 m左右。場地地質狀況:第①層:雜填土:褐黃色，稍濕，結構松散，主要成分為黏土，未完全固結，厚度0.8 m～2.5 m。第②層:粘土:可塑，屬中等壓縮性土層，強度一般，變形性較小，整個場地廣泛分布，層厚 1.7 m～6.5 m，平均 4.16 m。層頂埋深0.0 m～2.9 m，根據室內試驗綜合確定承載力特征值fak=160 kPa。第③層:微風化灰巖。厚層狀，塊狀構造，巖石致密堅硬，裂隙較發育。巖芯采取率92%，RQD=85，巖溶較發育，見有溶溝、溶蝕裂隙及溶洞等，基巖埋深不一，基巖面起伏較大，該層巖石飽和單軸抗壓強度范圍值17.2 MPa～59.0 MPa，巖石抗壓強度平均值 30.9 MPa，標準值 27.2 MPa。

2 超聲波檢測技術和PSD判據法的基本原理

2.1 超聲波檢測技術基本原理

在混凝土介質中激發一定頻率的彈性波，該彈性波在介質中傳播時，遇到混凝土介質缺陷會產生反射、透射、繞射、散射、衰減，從而造成穿過該介質的接收波波幅衰減、波形畸變、波速降低等。由接收換能器接收的波形，對波的到時、波幅、頻率及波形特征進行分析，判斷混凝土樁的完整性及缺陷的性質、位置、范圍及缺陷的程度［1，2］。

超聲波在介質中的傳播速度與介質的彈性模量、密度和泊松比有關，所以超聲波在不同介質中的傳播速度也有所不同。利用這一特性，當超聲波在樁身中進行傳播時，如果樁身存在斷樁、塌孔、縮頸和沉渣等缺陷時，超聲波的傳播速度會發生較明顯的變化，我們就可以準確的判斷樁基礎可能出現的缺陷［3］。公式如下:

其中，E為彈性模量;ρ為密度;σ為泊松比。

2.2 PSD判據法的基本原理

PSD［4］判據根據樁身某一剖面測點的實測聲時tc和測點高程h，得出一個以tc為因變量，h為自變量的函數，tc=f(h)，當樁身完好時f(h)連續可導，當存在缺陷時f(h)不可導。PSD判據即為聲時—深度曲線相臨測點的斜率K與相鄰兩點聲時差Δt的乘積。

其中，ti為 i測點時的聲時，μs;ti－1為 i－1 測點的聲時，μs;hi為 i測點時的深度，m;hi－1為 i－1 測點時的深度，m。PSD法突出了聲時的變化，對缺陷較為敏感，但缺陷緩變時，容易漏判。PSD值與缺陷的大小關系如下:

當缺陷為夾層，臨界判據值為:

其中，v1為混凝土正常波速;v2為缺陷中波速;ΔH為相臨測點深度差;R為缺陷半徑;L為聲程。

3 工程案例

本次檢測主要檢測樁身完整性和均勻性，一共檢測了30 根樁基，樁徑有三種，800 mm，900 mm，1 600 mm，樁長分別為6 m，4 m，8 m。檢測工作參照中華人民共和國JGJ 106—2014建筑基樁檢測技術規范。檢測儀器采用武漢中巖科技有限公司生產的RSM-SY7(W)超聲波檢測儀。本文選取了其中2根樁基的檢測數據進行分析，分別是1號基樁和2號基樁，圖像及檢測數據見圖1，圖2及表1。

圖1 1號基樁超聲曲線

圖2 2號基樁超聲曲線

表1 1號基樁超聲波實測數據

1號基樁樁長7 m，當以聲速作為判據時，根據表1中數據樁身上部1.4 m及2.1 m處聲速明顯低于臨界值4.084 km/s。當以聲幅作為判據時，其值也低于聲幅臨界值88.4 dB，并且聲時明顯變長，PSD曲線發生突變，由此可以判斷出這兩處可能存在一定缺陷。5.9 m～6.6 m PSD曲線和聲波聲幅異常情況較嚴重，初步判斷存在缺陷，缺陷可能是由于混凝土離析出現粗骨料大量堆積細骨料較少造成的，該樁屬于Ⅲ類樁。

2號基樁樁的聲速以及聲幅都不大于臨界值，PSD曲線沒有發生突變，由此判斷該樁的樁身完整性較好，屬于Ⅰ類樁。

4 結語

相較于其他的樁身完整性檢測方法，聲波透射法實時反映樁內各點的聲時聲速波幅等數據，克服了受樁長限制的缺陷，并且檢測時對樁身無損傷，檢測結果準確可靠，因此得到高度認可和廣泛應用。但是也存在一定的缺陷，比如在檢測樁身擴徑和縮頸等問題時容易出現誤判漏判，所以需要別的檢測技術(如鉆芯法、低應變法)來配合檢測，綜合評價。