談聲波透射法在樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用★

李索南多吉 肖青云 王文軍 黎 罡

(吉首大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖南張家界 427000)

1 工程概況

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地情況如下:場(chǎng)地為溶蝕丘陵地貌，位于山腰緩坡，場(chǎng)地整體東高西低，相對(duì)高差8 m左右。場(chǎng)地地質(zhì)狀況:第①層:雜填土:褐黃色，稍濕，結(jié)構(gòu)松散，主要成分為黏土，未完全固結(jié)，厚度0.8 m～2.5 m。第②層:粘土:可塑，屬中等壓縮性土層，強(qiáng)度一般，變形性較小，整個(gè)場(chǎng)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(jù)室內(nèi)試驗(yàn)綜合確定承載力特征值fak=160 kPa。第③層:微風(fēng)化灰?guī)r。厚層狀，塊狀構(gòu)造，巖石致密堅(jiān)硬，裂隙較發(fā)育。巖芯采取率92%，RQD=85，巖溶較發(fā)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(qiáng)度范圍值17.2 MPa～59.0 MPa，巖石抗壓強(qiáng)度平均值 30.9 MPa，標(biāo)準(zhǔn)值 27.2 MPa。

2 超聲波檢測(cè)技術(shù)和PSD判據(jù)法的基本原理

2.1 超聲波檢測(cè)技術(shù)基本原理

在混凝土介質(zhì)中激發(fā)一定頻率的彈性波，該彈性波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到混凝土介質(zhì)缺陷會(huì)產(chǎn)生反射、透射、繞射、散射、衰減，從而造成穿過(guò)該介質(zhì)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(duì)波的到時(shí)、波幅、頻率及波形特征進(jìn)行分析，判斷混凝土樁的完整性及缺陷的性質(zhì)、位置、范圍及缺陷的程度［1，2］。

超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的彈性模量、密度和泊松比有關(guān)，所以超聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度也有所不同。利用這一特性，當(dāng)超聲波在樁身中進(jìn)行傳播時(shí)，如果樁身存在斷樁、塌孔、縮頸和沉渣等缺陷時(shí)，超聲波的傳播速度會(huì)發(fā)生較明顯的變化，我們就可以準(zhǔn)確的判斷樁基礎(chǔ)可能出現(xiàn)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(jù)法的基本原理

PSD［4］判據(jù)根據(jù)樁身某一剖面測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)聲時(shí)tc和測(cè)點(diǎn)高程h，得出一個(gè)以tc為因變量，h為自變量的函數(shù)，tc=f(h)，當(dāng)樁身完好時(shí)f(h)連續(xù)可導(dǎo)，當(dāng)存在缺陷時(shí)f(h)不可導(dǎo)。PSD判據(jù)即為聲時(shí)—深度曲線相臨測(cè)點(diǎn)的斜率K與相鄰兩點(diǎn)聲時(shí)差Δt的乘積。

其中，ti為 i測(cè)點(diǎn)時(shí)的聲時(shí)，μs;ti－1為 i－1 測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)，μs;hi為 i測(cè)點(diǎn)時(shí)的深度，m;hi－1為 i－1 測(cè)點(diǎn)時(shí)的深度，m。PSD法突出了聲時(shí)的變化，對(duì)缺陷較為敏感，但缺陷緩變時(shí)，容易漏判。PSD值與缺陷的大小關(guān)系如下:

當(dāng)缺陷為夾層，臨界判據(jù)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(cè)點(diǎn)深度差;R為缺陷半徑;L為聲程。

3 工程案例

本次檢測(cè)主要檢測(cè)樁身完整性和均勻性，一共檢測(cè)了30 根樁基，樁徑有三種，800 mm，900 mm，1 600 mm，樁長(zhǎng)分別為6 m，4 m，8 m。檢測(cè)工作參照中華人民共和國(guó)JGJ 106—2014建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范。檢測(cè)儀器采用武漢中巖科技有限公司生產(chǎn)的RSM-SY7(W)超聲波檢測(cè)儀。本文選取了其中2根樁基的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別是1號(hào)基樁和2號(hào)基樁，圖像及檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖1，圖2及表1。

圖1 1號(hào)基樁超聲曲線

圖2 2號(hào)基樁超聲曲線

表1 1號(hào)基樁超聲波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

1號(hào)基樁樁長(zhǎng)7 m，當(dāng)以聲速作為判據(jù)時(shí)，根據(jù)表1中數(shù)據(jù)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(dāng)以聲幅作為判據(jù)時(shí)，其值也低于聲幅臨界值88.4 dB，并且聲時(shí)明顯變長(zhǎng)，PSD曲線發(fā)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(yán)重，初步判斷存在缺陷，缺陷可能是由于混凝土離析出現(xiàn)粗骨料大量堆積細(xì)骨料較少造成的，該樁屬于Ⅲ類樁。

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

4 結(jié)語(yǔ)

相較于其他的樁身完整性檢測(cè)方法，聲波透射法實(shí)時(shí)反映樁內(nèi)各點(diǎn)的聲時(shí)聲速波幅等數(shù)據(jù)，克服了受樁長(zhǎng)限制的缺陷，并且檢測(cè)時(shí)對(duì)樁身無(wú)損傷，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，因此得到高度認(rèn)可和廣泛應(yīng)用。但是也存在一定的缺陷，比如在檢測(cè)樁身擴(kuò)徑和縮頸等問(wèn)題時(shí)容易出現(xiàn)誤判漏判，所以需要?jiǎng)e的檢測(cè)技術(shù)(如鉆芯法、低應(yīng)變法)來(lái)配合檢測(cè)，綜合評(píng)價(jià)。