聲波透射法在預(yù)應(yīng)力管樁樁長(zhǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用分析

張 鋒，胡鑫印，高明楓

（昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，江蘇 昆山 215337）

0 引言

我國(guó)長(zhǎng)三角城市建設(shè)快速發(fā)展，樁基礎(chǔ)在建筑工程中的應(yīng)用越來(lái)越多，其中預(yù)應(yīng)力管樁的使用也大幅增多。對(duì)于已經(jīng)完工的地基項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，檢測(cè)判斷預(yù)應(yīng)力管樁的樁長(zhǎng)存在較大的難度，尤其是多節(jié)長(zhǎng)樁［1］。樁基礎(chǔ)為地下工程，具有隱蔽特性，已經(jīng)完成的樁基項(xiàng)目采取常規(guī)檢測(cè)手段顯然不可行，強(qiáng)行使用常規(guī)檢測(cè)方法，必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)極為不可靠。檢測(cè)同時(shí)需要保證樁基礎(chǔ)的后期正常使用，故需要采用無(wú)損檢測(cè)方法來(lái)解決問(wèn)題。預(yù)應(yīng)力管樁樁身為預(yù)應(yīng)力混凝土，鑒于其與樁周巖土之間的聲學(xué)性能差異，故可采用聲波透射法來(lái)解決長(zhǎng)度檢測(cè)問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)該探測(cè)方法原理分析，并應(yīng)用到工程檢測(cè)實(shí)例當(dāng)中，取得了良好的檢測(cè)效果。

1 聲波透射法原理分析

1.1 檢測(cè)原理

由超聲脈沖發(fā)射源向混凝土內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過(guò)程中表現(xiàn)的波動(dòng)特性；當(dāng)混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或損壞界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明顯降低［2-3］；根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特性、頻率變化及波形畸變程度等特征，可以獲得測(cè)區(qū)范圍內(nèi)混凝土的密實(shí)度參數(shù)。測(cè)試記錄不同剖面、不同高度上的超聲波動(dòng)特征，經(jīng)過(guò)處理分析就能判別測(cè)區(qū)內(nèi)混凝土存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置［4］和參考強(qiáng)度。

1.2 聲時(shí)修正

各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí) tc和聲速 v 應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，按式（1）、式（2）計(jì)算［5］：

式中：tci為第 i 測(cè)點(diǎn)聲時(shí)；ti為第 i 測(cè)點(diǎn)聲時(shí)測(cè)量值；t0為儀器系統(tǒng)延遲時(shí)間；t′為聲測(cè)管及水層聲時(shí)修正值；l′為聲測(cè)管間凈距；vi為第 i 測(cè)點(diǎn)聲速。

使用聲波透射法檢測(cè)預(yù)應(yīng)力管樁樁長(zhǎng)的原理與之大致相同，如圖 1 所示，試驗(yàn)前分別在樁孔內(nèi)、樁外打入一根測(cè)斜管，測(cè)斜管長(zhǎng)度預(yù)估比試樁長(zhǎng)度長(zhǎng) 3～5 m。當(dāng)超聲波穿過(guò)樁底泥層介質(zhì)時(shí)，預(yù)應(yīng)力管樁樁身與樁周巖土的聲學(xué)性能差異很大，聲波的聲學(xué)參數(shù)特征值因衰弱會(huì)出現(xiàn)聲時(shí)增加、波速變低的變化，同時(shí)波列圖也會(huì)有明顯的變化。聲波透射法就是根據(jù)聲學(xué)參數(shù)及波列圖變化的位置，判定樁底的位置，為判定樁長(zhǎng)提供可靠的理論支持。

圖1 測(cè)斜管布置示意圖

1.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

檢測(cè)前將兩根測(cè)斜管提前布置在距預(yù)應(yīng)力管樁壁邊緣約 20～30 cm 的位置，并且盡力保證測(cè)斜管與樁身的中心線相互平行，測(cè)斜管的長(zhǎng)度比管樁設(shè)計(jì)深度深 3～5 m。檢測(cè)設(shè)備采用某公司生產(chǎn)的 RS-ST06D 一體化數(shù)字超聲儀成套檢測(cè)設(shè)備。檢測(cè)前，測(cè)斜管內(nèi)灌滿(mǎn)清水。檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)當(dāng)無(wú)強(qiáng)振動(dòng)源、強(qiáng)磁場(chǎng)干擾。測(cè)試時(shí)分別將發(fā)送和接收換能器放入兩根測(cè)斜管管底，保證兩個(gè)換能器放置高程一樣。超聲脈沖信號(hào)從一根測(cè)斜管中的換能器中激發(fā)出去，另一根測(cè)斜管中的換能器接收信號(hào)，超聲儀采集記錄儲(chǔ)存聲波信號(hào)。兩個(gè)換能器由管底同步向上逐點(diǎn)檢測(cè)，直至測(cè)斜管頂。根據(jù)實(shí)測(cè)修正聲時(shí)、波列圖等信號(hào)特征，經(jīng)過(guò)分析數(shù)據(jù)確定預(yù)應(yīng)力管樁樁長(zhǎng)。

2 工程應(yīng)用

2.1 案例一

對(duì)昆山市花橋鎮(zhèn)某項(xiàng)目工程樁 1# 樁樁長(zhǎng)進(jìn)行了超聲波檢測(cè)，檢測(cè)試驗(yàn)前分別在樁孔內(nèi)、樁外打入一根測(cè)斜管，樁外測(cè)斜管距離試樁 20～30 cm，測(cè)斜管長(zhǎng)度比試樁長(zhǎng)度長(zhǎng) 3～5 m。1 # 樁測(cè)試深度為 36 m，1 # 樁樁洞內(nèi)從樁頂至樁頂以下 15 m 深度為人工填土，再往下為自然土塞。測(cè)斜管現(xiàn)場(chǎng)布置如圖 2 所示。

圖2 測(cè)斜管現(xiàn)場(chǎng)布置圖

考慮測(cè)斜管的傾斜，利用測(cè)斜儀對(duì) 1# 樁的兩根埋管進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算出測(cè)斜管的間距，部分間距值如表 1 所示。

表 1 中列出了 15 m 以下部分的測(cè)斜管間距和聲時(shí)測(cè)量值，計(jì)算出波速。從計(jì)算值看出，29 m 處聲速發(fā)生了變化，但是變化不明顯（聲時(shí)增大 12 %）。

表1 1# 樁實(shí)測(cè)管間間距及計(jì)算波速值

圖 3 為該項(xiàng)目1# 樁預(yù)應(yīng)力管樁聲波透射法測(cè)試結(jié)果，數(shù)據(jù)采集間隔設(shè)為 10 cm，檢測(cè)初始位置深度為34.0 m。從波列圖和聲時(shí)圖中可以看出，在 16 m 和 29 m處波列圖和聲時(shí)發(fā)生了變化。基本可以確定樁長(zhǎng)為 16 m或者 29 m，再通過(guò) 24～29 m 的波列圖和計(jì)算的聲速分析可以得出該樁的樁長(zhǎng)為 29 m。

圖3 1 # 預(yù)應(yīng)力管樁樁長(zhǎng)探測(cè)結(jié)果

2.2 案例二

同樣的方法對(duì)昆山市花橋鎮(zhèn)某項(xiàng)目工程樁 3 # 樁樁樁長(zhǎng)進(jìn)行了超聲波檢測(cè)。3 # 樁測(cè)試深度為 36 m，3 # 樁樁洞內(nèi)從樁頂至樁頂以下 6 m 深度為人工填土，再往下為自然土塞。測(cè)斜管現(xiàn)場(chǎng)布置如圖 4 所示。

圖4 測(cè)斜管現(xiàn)場(chǎng)布置圖

考慮測(cè)斜管的傾斜，利用同樣的方法，采用測(cè)斜儀對(duì) 3 # 樁的兩根埋管進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算出測(cè)斜管的間距，部分間距值如表2 所示。

表 2 中列出了 6 m 以下部分的測(cè)斜管間距和聲時(shí)測(cè)量值，計(jì)算出波速。從計(jì)算值看出，28 m 處聲速發(fā)生了變化，變化相對(duì) 1# 樁明顯（聲時(shí)增大 23 %）。

表2 3 # 樁實(shí)測(cè)管間間距及計(jì)算波速值

圖5 3 # 預(yù)應(yīng)力管樁樁長(zhǎng)探測(cè)結(jié)果

圖 5 為該項(xiàng)目 3 # 樁預(yù)應(yīng)力管樁聲波透射法測(cè)試結(jié)果，數(shù)據(jù)采集間隔設(shè)為 10 cm，檢測(cè)初始位置深度為34.0 m。從波列圖和聲時(shí)圖中可以看出，在 28 m 處波列圖和聲時(shí)發(fā)生了變化。基本可以確定樁長(zhǎng)為 28 m，通過(guò)對(duì)波列圖的分析和計(jì)算的聲速可以得出該樁的樁長(zhǎng)為28 m。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)聲波透射法在預(yù)應(yīng)力管樁樁長(zhǎng)檢測(cè)中的分析與應(yīng)用，取得如下主要結(jié)論。

1）從兩根樁的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，結(jié)合聲波透射檢測(cè)數(shù)據(jù)，能夠找出樁底位置，得到樁長(zhǎng)數(shù)據(jù)，說(shuō)明聲波透射法可以用于管樁樁長(zhǎng)的檢測(cè)。

2）本次樁長(zhǎng)檢測(cè)只采用了超聲波透射法，當(dāng)樁底變化不是很明顯，可以采用其他方法進(jìn)行輔助檢驗(yàn)，可以起到相互校準(zhǔn)與驗(yàn)證的效果，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

3）通過(guò)采用聲波透射法來(lái)解決管樁樁長(zhǎng)的無(wú)損檢測(cè)，既解決了管樁樁長(zhǎng)的檢測(cè)問(wèn)題，也很好地保證了管樁的后期正常使用，為具有隱蔽特性的樁基礎(chǔ)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了無(wú)損檢測(cè)。