冷 峰 （安徽省海通建設(shè)集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引 言

目前對(duì)混凝土灌注樁檢測(cè)主要涉及兩個(gè)方面：①樁基的承載力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；②樁基的完整性和強(qiáng)度[1]。靜載試驗(yàn)法作為樁基承載力檢測(cè)中最直接和可靠的檢測(cè)方法，由于其檢測(cè)周期長(zhǎng)、費(fèi)用大，故不便大面積測(cè)試。因此，對(duì)混凝土灌注樁來(lái)說，完整性檢測(cè)顯得尤為重要。聲波透射法作為鉆孔灌注樁非破損檢測(cè)方法的一種，因其機(jī)理明確、設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、檢測(cè)準(zhǔn)確，故被廣泛應(yīng)用于樁基檢測(cè)中。

1 聲波透射法的基本原理

聲波透射法的工作原理是在被測(cè)樁內(nèi)預(yù)埋若干根豎向相互平行的聲測(cè)管作為檢測(cè)通道，將超聲發(fā)射換能器與接收換能器置于聲測(cè)管中，管中注滿清水作為耦合劑。在測(cè)試時(shí)，兩探頭置于同一水平面或保持一定高差，沿聲測(cè)管同時(shí)提升，儀器通過發(fā)射換能器發(fā)射超聲脈沖，穿過被測(cè)樁體混凝土，并經(jīng)接收換能器接收，聲波信號(hào)按測(cè)點(diǎn)間距10cm或20cm自動(dòng)記錄，由儀器顯示。由于超聲脈沖信號(hào)穿過混凝土樁體存在缺陷部位時(shí)會(huì)發(fā)生繞射、折射、多次反射及不同的吸收衰減，使接收信號(hào)首波的聲時(shí)、幅值等聲學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，通過判讀以上參數(shù)，即可判斷樁身混凝土是否存在缺陷。

聲波是彈性波的一種，在混凝土介質(zhì)中服從彈性波傳播規(guī)律[2]。運(yùn)用彈性波理論，可推導(dǎo)得到縱波(P)和橫波(S)在介質(zhì)中的傳播速度分別為。

式中：E為楊氏模量；μ為泊松比；ρ為介質(zhì)密度。

由波速的表達(dá)式可知：彈性介質(zhì)的性質(zhì)及種類不同，彈性常數(shù)及密度也就不同，因此彈性波在介質(zhì)中傳播的速度也不同。人工發(fā)出彈性波，并設(shè)法用儀器接收并分析測(cè)定其波速，可以用來(lái)判定巖體的特征和內(nèi)部狀態(tài)以及混凝土的完整性，這就是工程中經(jīng)常使用的“彈性波探測(cè)法”的理論依據(jù)。在樁基的檢測(cè)中，聲波在混凝土傳播的速度[3]一般為3200m／s～4000m／s，當(dāng)遇到混凝土有裂隙、夾泥和密度差等原閡時(shí)，聲波將發(fā)生衰減，部分聲波繞過缺陷前進(jìn)，傳播時(shí)間延長(zhǎng)，波速減小，產(chǎn)生漫射現(xiàn)象。而遇到空洞的空氣界面要產(chǎn)生發(fā)射和散射，使聲波的振幅減小。缺陷的存在使聲波的路徑復(fù)雜化，引起波形的畸變。所以聲波在缺陷混凝土中傳播時(shí)，振幅減小、波速降低、波形畸變。這就是超聲波檢測(cè)的基本原理。

2 樁身完整性的判定

目前對(duì)樁身完整性的判定一般根據(jù)聲速判據(jù)、聲幅判據(jù)以及PSD判據(jù)，分析各聲學(xué)參數(shù)的臨界值、綜合各判據(jù)判得的結(jié)果以及實(shí)際的波形圖，按照樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)程對(duì)樁身的完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體按照表1進(jìn)行綜合判定。聲速反映了混凝土的彈性性能，波幅的衰減則反映混凝土界面情況，綜合各參數(shù)及各深度的波形特征對(duì)樁的完整性和質(zhì)量進(jìn)行判定見表2。完好的樁，聲速曲線基本是一條直線，無(wú)明顯折點(diǎn)，波幅也無(wú)明顯衰減，波形為正常波形。蜂窩、局部的夾泥沙團(tuán)，聲速基本有一定的減小，相對(duì)差一般為10%～20%，波幅有一定的衰減，PSD值出現(xiàn)尖角，波形出現(xiàn)畸變。局部的夾層和斷樁聲時(shí)，聲速曲線呈現(xiàn)出明顯的波峰，最大誤差可達(dá)30%以上，而且波幅衰減強(qiáng)烈，PSD值出現(xiàn)明顯尖角[5]。

樁身完整性判定表 表1

3 工程實(shí)例分析

某高速公路是國(guó)家公路網(wǎng)的重要組成部分，該公路某標(biāo)段樁基10#-1樁，樁徑1.5m，樁長(zhǎng)35m,使用半自動(dòng)測(cè)樁聲波儀，采用一發(fā)雙收平測(cè)，測(cè)點(diǎn)間距0.2m。聲測(cè)管布置如圖1所示，Ⅰ剖面為1-2測(cè)面，Ⅱ剖面為2-3測(cè)面，Ⅲ剖面為1-3測(cè)面。經(jīng)檢測(cè)，繪制的聲速、聲幅、PSD-深度曲線如圖2所示，Ⅰ剖面在28m～30m處聲速、聲幅、PSD值都發(fā)生明顯突變，性狀異常；Ⅱ剖面則表現(xiàn)完好；Ⅲ剖面在28m～30m由于測(cè)不到信號(hào)，聲速、聲幅、PSD值為0。進(jìn)行復(fù)測(cè)后，情況沒有發(fā)生變化。懷疑1-2測(cè)面和1-3測(cè)面在28m～30m處混凝土嚴(yán)重離析。經(jīng)在“A”處鉆孔抽芯（如圖2）取證，其結(jié)果與聲波透射法測(cè)得結(jié)果一致，如圖3所示。

樁身混凝土質(zhì)量判斷依據(jù)表 表2

4 結(jié) 語(yǔ)

聲波透射法對(duì)樁體是進(jìn)行逐段檢測(cè)的，在樁身完整性檢測(cè)中是比較準(zhǔn)確可靠的。在檢測(cè)時(shí)，對(duì)有缺陷的樁應(yīng)當(dāng)慎重對(duì)待，必要時(shí)可結(jié)合反射波法和鉆孔取芯進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

圖1 聲測(cè)管布置示意圖

圖2 10#-1樁聲測(cè)透射實(shí)測(cè)波形

圖3 鉆孔抽芯取證

宇峰,朱曉文.橋梁工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2009

[2]劉德貴,姚勇,王寧.超聲波透射法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用[J].路基工程,2009(2).

[3]劉興錄.樁基工程與動(dòng)測(cè)技術(shù)200問[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[4]陽(yáng)亮,李均，等.聲波透射法在樁基質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù),2009(1).

[5]樁基工程手冊(cè)編委會(huì).樁基工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1995.