聲波透射法在預應力管樁樁長檢測中的應用分析

張 鋒，胡鑫印，高明楓

（昆山市建設工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 昆山 215337）

0 引言

我國長三角城市建設快速發(fā)展，樁基礎(chǔ)在建筑工程中的應用越來越多，其中預應力管樁的使用也大幅增多。對于已經(jīng)完工的地基項目來說，檢測判斷預應力管樁的樁長存在較大的難度，尤其是多節(jié)長樁［1］。樁基礎(chǔ)為地下工程，具有隱蔽特性，已經(jīng)完成的樁基項目采取常規(guī)檢測手段顯然不可行，強行使用常規(guī)檢測方法，必然導致數(shù)據(jù)極為不可靠。檢測同時需要保證樁基礎(chǔ)的后期正常使用，故需要采用無損檢測方法來解決問題。預應力管樁樁身為預應力混凝土，鑒于其與樁周巖土之間的聲學性能差異，故可采用聲波透射法來解決長度檢測問題。本文通過對該探測方法原理分析，并應用到工程檢測實例當中，取得了良好的檢測效果。

1 聲波透射法原理分析

1.1 檢測原理

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)傳播過程中表現(xiàn)的波動特性；當混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或損壞界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，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)波的初至到達時間和波的能量衰減特性、頻率變化及波形畸變程度等特征，可以獲得測區(qū)范圍內(nèi)混凝土的密實度參數(shù)。測試記錄不同剖面、不同高度上的超聲波動特征，經(jīng)過處理分析就能判別測區(qū)內(nèi)混凝土存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置［4］和參考強度。

1.2 聲時修正

各測點的聲時 tc和聲速 v 應根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，按式（1）、式（2）計算［5］：

式中：tci為第 i 測點聲時；ti為第 i 測點聲時測量值；t0為儀器系統(tǒng)延遲時間；t′為聲測管及水層聲時修正值；l′為聲測管間凈距；vi為第 i 測點聲速。

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

圖1 測斜管布置示意圖

1.3 現(xiàn)場檢測

檢測前將兩根測斜管提前布置在距預應力管樁壁邊緣約 20～30 cm 的位置，并且盡力保證測斜管與樁身的中心線相互平行，測斜管的長度比管樁設計深度深 3～5 m。檢測設備采用某公司生產(chǎn)的 RS-ST06D 一體化數(shù)字超聲儀成套檢測設備。檢測前，測斜管內(nèi)灌滿清水。檢測現(xiàn)場應當無強振動源、強磁場干擾。測試時分別將發(fā)送和接收換能器放入兩根測斜管管底，保證兩個換能器放置高程一樣。超聲脈沖信號從一根測斜管中的換能器中激發(fā)出去，另一根測斜管中的換能器接收信號，超聲儀采集記錄儲存聲波信號。兩個換能器由管底同步向上逐點檢測，直至測斜管頂。根據(jù)實測修正聲時、波列圖等信號特征，經(jīng)過分析數(shù)據(jù)確定預應力管樁樁長。

2 工程應用

2.1 案例一

對昆山市花橋鎮(zhèn)某項目工程樁 1# 樁樁長進行了超聲波檢測，檢測試驗前分別在樁孔內(nèi)、樁外打入一根測斜管，樁外測斜管距離試樁 20～30 cm，測斜管長度比試樁長度長 3～5 m。1 # 樁測試深度為 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。測斜管現(xiàn)場布置如圖 2 所示。

圖2 測斜管現(xiàn)場布置圖

考慮測斜管的傾斜，利用測斜儀對 1# 樁的兩根埋管進行測量，并計算出測斜管的間距，部分間距值如表 1 所示。

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

表1 1# 樁實測管間間距及計算波速值

圖 3 為該項目1# 樁預應力管樁聲波透射法測試結(jié)果，數(shù)據(jù)采集間隔設為 10 cm，檢測初始位置深度為34.0 m。從波列圖和聲時圖中可以看出，在 16 m 和 29 m處波列圖和聲時發(fā)生了變化?；究梢源_定樁長為 16 m或者 29 m，再通過 24～29 m 的波列圖和計算的聲速分析可以得出該樁的樁長為 29 m。

圖3 1 # 預應力管樁樁長探測結(jié)果

2.2 案例二

同樣的方法對昆山市花橋鎮(zhèn)某項目工程樁 3 # 樁樁樁長進行了超聲波檢測。3 # 樁測試深度為 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。測斜管現(xiàn)場布置如圖 4 所示。

圖4 測斜管現(xiàn)場布置圖

考慮測斜管的傾斜，利用同樣的方法，采用測斜儀對 3 # 樁的兩根埋管進行測量，并計算出測斜管的間距，部分間距值如表2 所示。

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

表2 3 # 樁實測管間間距及計算波速值

圖5 3 # 預應力管樁樁長探測結(jié)果

圖 5 為該項目 3 # 樁預應力管樁聲波透射法測試結(jié)果，數(shù)據(jù)采集間隔設為 10 cm，檢測初始位置深度為34.0 m。從波列圖和聲時圖中可以看出，在 28 m 處波列圖和聲時發(fā)生了變化?；究梢源_定樁長為 28 m，通過對波列圖的分析和計算的聲速可以得出該樁的樁長為28 m。

3 結(jié)語

通過對聲波透射法在預應力管樁樁長檢測中的分析與應用，取得如下主要結(jié)論。

1）從兩根樁的測試數(shù)據(jù)來看，結(jié)合聲波透射檢測數(shù)據(jù)，能夠找出樁底位置，得到樁長數(shù)據(jù)，說明聲波透射法可以用于管樁樁長的檢測。

2）本次樁長檢測只采用了超聲波透射法，當樁底變化不是很明顯，可以采用其他方法進行輔助檢驗，可以起到相互校準與驗證的效果，提高檢測的準確性。

3）通過采用聲波透射法來解決管樁樁長的無損檢測，既解決了管樁樁長的檢測問題，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)檢測實現(xiàn)了無損檢測。