全脈沖反射超深鉆孔灌注樁澆筑界面檢測(cè)方法研究

摘 要： 超深鉆孔灌注樁的澆筑施工階段質(zhì)量控制是工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，文章針對(duì)傳統(tǒng)混凝土澆筑界面檢測(cè)方法在測(cè)試效率與穩(wěn)定性方面存在的技術(shù)不足，提出一種基于超聲波全脈沖反射的超深鉆孔灌注樁混凝土界面檢測(cè)方法。首先，通過(guò)構(gòu)建能夠解決灌注樁混凝土界面實(shí)時(shí)檢測(cè)的超聲波全脈沖反射技術(shù)體系，來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)方法的儀器設(shè)備研制與理論模型分析；隨后，結(jié)合全脈沖信號(hào)的聲學(xué)特征，提出目標(biāo)信號(hào)識(shí)別方法，來(lái)精準(zhǔn)定位斜面與標(biāo)定反射回波的信號(hào)前緣時(shí)刻；最后，通過(guò)形成目標(biāo)回波信號(hào)校驗(yàn)準(zhǔn)則，來(lái)有效區(qū)分具有復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性特征的鉆孔內(nèi)介質(zhì)聲學(xué)特征；同時(shí)，本文結(jié)合實(shí)地測(cè)試數(shù)據(jù)，來(lái)驗(yàn)證本文方法的可行性和正確性。通過(guò)本文方法研究，說(shuō)明本文方法能夠?qū)崿F(xiàn)考慮浮漿層的超深鉆孔灌注樁混凝土澆筑界面檢測(cè)，有助于提高測(cè)試效率與穩(wěn)定性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 鉆孔灌注樁; 界面檢測(cè); 超聲波反射; 信號(hào)識(shí)別; 檢測(cè)設(shè)備

中圖分類號(hào)： TB9; TU195 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1674–5124（2025）01–0133–10

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，各國(guó)的建筑工程也得到了快速發(fā)展。鉆孔灌注樁以其獨(dú)特的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和優(yōu)越性，成為了一種主要的樁基形式[1-4]。其工程質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響上部建筑物的穩(wěn)定程度。鉆孔灌注樁屬于隱蔽工程，施工工序多，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，質(zhì)量控制難度較大，稍有不慎易出現(xiàn)樁身縮徑、擴(kuò)徑、夾泥、斷樁和沉渣過(guò)厚、鋼筋籠錯(cuò)位等各種形態(tài)的質(zhì)量缺陷，影響樁身的完整性和單樁的承載能力。鉆孔樁成樁多采用水下現(xiàn)澆混凝土的工藝，為保證樁頂質(zhì)量，經(jīng)常要求混凝土超灌出設(shè)計(jì)標(biāo)高一定高度，在基坑開(kāi)挖后再鑿除超灌部分。由于灌注過(guò)程中孔內(nèi)充滿泥漿，導(dǎo)致樁頂混凝土上部存在浮漿層，所以很難精確掌握混凝土灌注面的準(zhǔn)確位置，從而造成大量混凝土材料浪費(fèi)，影響工程質(zhì)量，導(dǎo)致工程成本增加，同時(shí)，也給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失[5-7]。超深鉆孔灌注樁現(xiàn)場(chǎng)混凝土的澆筑階段質(zhì)量控制更加困難。而目前大直徑的超深鉆孔灌注樁在重要大型工程中已被廣泛使用，超深鉆孔灌注樁的承載力很高，極難獲得完整的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料。通過(guò)加強(qiáng)施工階段樁基檢測(cè)，可以有效地避免質(zhì)量事故發(fā)生，并及時(shí)采取補(bǔ)救措施，減少經(jīng)濟(jì)損失。因此，開(kāi)展超深鉆孔灌注樁施工過(guò)程中的質(zhì)量管控技術(shù)研究具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展混凝土拌和物灌注標(biāo)高研究成果較多，其測(cè)量方法主要有測(cè)深錘法、取樣法、感應(yīng)式測(cè)深法、電導(dǎo)式測(cè)深法等。實(shí)際工程應(yīng)用中，由于已有混凝土拌和物面測(cè)量?jī)x價(jià)格偏高、或測(cè)量精度不足、或安裝操作復(fù)雜，應(yīng)用最廣泛的仍是誤差較大的測(cè)深錘法[8-9]。但實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，隨著深度和浮漿層黏度的增加，現(xiàn)有的重錘可能難以穿越浮漿層，而是被浮漿頂托懸停起來(lái)，重錘沒(méi)有到達(dá)混凝土層，故無(wú)法準(zhǔn)確判斷混凝土拌和物面的實(shí)際位置；況且，即便重錘順利到達(dá)了混凝土拌和物面層，僅僅依賴工人的經(jīng)驗(yàn)、測(cè)繩松弛度和下放的具體手感來(lái)判斷，人為因素干擾太大。隨著空孔段的增加，混凝土澆筑界面越來(lái)越深，手工測(cè)量誤差也越來(lái)越大。由于混凝土澆筑界面的標(biāo)高控制難以精確，待樁身混凝土凝固，基坑開(kāi)挖后，坑內(nèi)樁身柱高低不一，呈“石林”狀?？偟膩?lái)說(shuō)，靠人工測(cè)繩測(cè)量超灌高度，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、誤差大，過(guò)量超灌的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。一方面，導(dǎo)致大量的混凝土材料浪費(fèi)，工程成本增加；另一方面，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，超灌部分必須人工鑿除，增加了工程成本和難度，同時(shí)也帶來(lái)了鑿除的多余混凝土棄塊掩埋和相應(yīng)的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題[10-12]。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，研發(fā)出了混凝土澆筑面標(biāo)高的超聲波高程儀，但由于鉆孔灌注樁樁頂存在浮漿層，浮漿層以及混凝土顆粒物各向異性，超聲波散射和漫射現(xiàn)象嚴(yán)重，以致在很多情況下只有很少的一部分超聲波被反射回孔口的探頭，達(dá)不到探頭感應(yīng)的最低限值要求，從而造成檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度低、可信度差和穩(wěn)定性差等缺陷，大大影響了混凝土澆筑面標(biāo)高超聲波高程儀的適用范圍。因而亟待提出更加精確的方法來(lái)檢測(cè)超深鉆孔灌注樁混凝土的澆筑界面[13]。為此，鑒于目前超深鉆孔灌注樁澆筑界面檢測(cè)難的技術(shù)問(wèn)題，本文提出了基于超聲波全脈沖反射的超深鉆孔灌注樁混凝土界面檢測(cè)方法，通過(guò)超聲波測(cè)量感知組件的獨(dú)特設(shè)計(jì)，充分利用不同超聲波反射模型的聲學(xué)響應(yīng)特征，將整體測(cè)量信號(hào)與局部測(cè)量信號(hào)結(jié)合起來(lái)，對(duì)不同測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)綜合分析，識(shí)別目標(biāo)信號(hào)所對(duì)應(yīng)介質(zhì)的聲學(xué)特征，從而提高鉆孔內(nèi)傳播介質(zhì)數(shù)據(jù)解譯與判讀的準(zhǔn)確性和客觀性。