聲波透射法基樁完整性評判模式探討

劉海濤，鄭 東

（四川衡信公路工程試驗檢測有限公司，四川成都611130）

聲波透射法基樁完整性評判模式探討

劉海濤*，鄭 東

（四川衡信公路工程試驗檢測有限公司，四川成都611130）

目前已被用于基樁混凝土內部缺陷判斷的參量有聲速、波幅和PSD，但是在工程實踐中對Ⅱ類、Ⅲ類樁的分類一直是有爭議性的問題。因此在對Ⅱ、Ⅲ類樁缺陷投影分析的基礎上，從判別模式和判別標準上做了深入的剖析，保證了判定結果的統(tǒng)一性。

聲波透射法；聲速；波幅；PSD；缺陷投影

基樁聲波透射法檢測是超聲檢測技術的具體應用，是目前最主要的一種基樁完整性無損檢測方法?；鶚堵暡ㄍ干浞z測與靜載試驗法、鉆芯法、高低應變法等檢測方法相比，具有現(xiàn)場操作方便快捷、無損、檢測范圍全面、測試結果直觀、易于復檢等多種優(yōu)點。尤其是在大直徑灌注樁中得到廣泛應用。

基樁聲波透射法檢測的基本原理是利用超聲波透射原理，在樁身混凝土內發(fā)射并接收超聲波，通過實測超聲波在混凝土介質中傳播的歷時、波幅、頻率及波形等參數(shù)的相對變化來判斷樁身完整性。如圖1所示。

圖1 聲波透射法檢測原理和傳播路徑

1 問題的提出

聲波透射法是超聲脈沖波穿過樁身混凝土后，被接收換能器所接收。該接收信號帶有混凝土內部的許多信息，如何把這些信息離析出來，予以定量化，并建立這些聲學參量與混凝土強度、內部缺陷和均勻性等物理指標的定量關系，是當前采用超聲脈沖檢測法的關鍵問題。目前已被用于灌注樁混凝土內部缺陷判斷的參量有聲速、波幅和PSD。但是在工程實踐中判別模式和判別標準依然不易把握，從而造成同樣的測試曲線，不同認知的人可能得出不同的評判結果。對Ⅱ類、Ⅲ類樁的分類一直是有爭議性的問題。因此，如何做到判定結果的統(tǒng)一性，是我們需要解決的問題。

2 評判指標的離析和優(yōu)劣敏感性分析

（1）聲速判據(jù)。聲速分析判斷有2種方法：概率法和聲速低限值法。概率法是一種相對比較法，它考察的只是某測點聲速與所有測點聲速平均值的偏離程度，在使用時，沒有與聲速絕對值相聯(lián)系。鑒于此，規(guī)范增加了低限值異常判定，當各測點的聲速值普遍偏低且離散性很小時，宜采用聲速低限值判據(jù)。即實測混凝土聲速值低于聲速低限值時，直接判定為異常。

在施工現(xiàn)場的檢測中，常常會遇到以下2種情況：第一種情況是由于聲測管不平行而產生的。在混凝土灌注樁的施工過程中，由于種種原因造成聲測管向外、向內或扭曲，使聲測管不平行，兩管間的距離不能確定。由于不平行聲測管的介入，造成在平行聲測管中測出異常點變成正常點。第二種情況是當各測點聲速離散較大，用概率法判斷存在異常測點，但異常點的聲速在混凝土聲速的正常取值范圍內，不應判為樁身缺陷。通過這兩種情況的分析，可以得出聲時判據(jù)的不唯一性。所以在檢測過程中不能過于依賴判據(jù)，應根據(jù)具體問題具體分析。

（2）波幅判據(jù)。波幅是超聲脈沖穿過混凝土后的衰減程度的指標之一。首波波幅對缺陷的反應比聲速更為敏感。當混凝土中存在低強度區(qū)，離析區(qū)以及存在夾泥、蜂窩等缺陷時，將產生吸收衰減和散射衰減，使接收波波幅明顯下降。但波幅的測試值易受儀器設備、測距、耦合狀態(tài)等許多非缺陷因素的影響。

（3）PSD判據(jù)。根據(jù)樁身某一檢測剖面各測點的實測聲時Tc（μs），及測點高程z（mm），可得到一個以Tc為變量，z為自變量的函數(shù)。Tc=f（z）。

圖2 聲速、波幅、PSD繪于同一坐標系

圖3 基樁測試曲線圖

當樁身完好時，f（z）應該是連續(xù)可導函數(shù)。當某剖面存在缺陷時，函數(shù)Tc=f（z）在該剖面就不可導。PSD判據(jù)實際上反映了測點間距、聲波穿透距離、混凝土質量等因素的綜合關系，這一關系隨缺陷的性質和范圍的不同而不同，表現(xiàn)為斜率的變化。如圖2所示。

3 工程實例

以某橋梁基樁工程為例：工程地質概況：橋位處上覆粘土，下伏粉砂質泥巖及細砂巖。本次檢測樁占所檢橋基樁總數(shù)100%?；鶚额愋停恒@孔灌注樁，成孔方式：旋挖成孔、沖擊成孔，持力方式：端承式?；炷翉姸葹镃30。測試方式：超聲波跨孔透射法測試儀器：RSM-SY7型超聲波儀。基樁測試曲線見圖3。

根據(jù)該測試曲線判定為Ⅲ類樁是過于嚴格的。導致上述原因是缺陷投影面積與測試特征曲線并不是一一對應，經分析發(fā)現(xiàn)Ⅲ類樁的特征曲線并不一定都在水平面上的投影面積較大。當Ⅱ類樁缺陷位于聲測管附近，也會出現(xiàn)Ⅲ類樁的特征曲線。見圖4。

圖4 Ⅱ、Ⅲ類樁身缺陷投影圖

規(guī)范是先以Ⅲ類樁缺陷所具有的共同特征曲線為前提，所以當反過來用測試曲線判別樁是否為Ⅲ類樁這就需要謹慎分析。

4 進一步探討的措施

通過應用實踐，對Ⅱ、Ⅲ類樁的分類做了廣泛的分析和探討，認為問題的根源有3點：首先是在輕微缺陷和明顯缺陷的界定是非量化的。要剖析哪些是充分條件，哪些是必要條件；這是導致檢測結論容易出現(xiàn)爭議和不確定性的根本原因；其次是超聲波檢測原理中聲場的復雜性；再次是混凝土施工缺陷的復雜性和隨機性。

因此還需在以上問題中進一步加強Ⅱ、Ⅲ類樁測試曲線和特征曲線的匹配性研究，在判別模式上指導實踐應用。具體措施如下：加強分析單點波形首波的初始起跳和最短傳播路徑；對樁中心的測試盲區(qū)要謹慎區(qū)分；對兩種相當?shù)娜毕菰诰C合評判時聲速波幅判據(jù)在主次之分上要謹慎對待，防止相同測試曲線的干擾。

5 結語

（1）雖然用于樁身混凝土缺陷的有多個聲學指標——聲速、波幅、PSD，它們各有特點，但均有不足。在實際應用中，既不能唯聲速論，也不能不分主次將各種判據(jù)同等對待。

（2）基于對基樁實測特征曲線的分析，采用交叉斜測法分析缺陷的投影尺寸，可以有效地判定樁身混凝土中缺陷的性質和位置。

[1]中國建筑科學研究院.JGJ106-2003建筑基樁檢測技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]中華人民共和國交通部.JTG/T F81-01-2004公路工程基樁動測技術規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]李廷，徐振華，羅俊.基樁聲波透射法檢測數(shù)據(jù)評判體系研究[J].巖土力學，2010,31（10）：3165-3172.

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TU473.1

A

1004-5716(2015)06-0196-03

2014-06-16

劉海濤（1980-），男（漢族），湖北荊州人，工程師，現(xiàn)從事公路工程技術檢測技術工作。