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声波透射法在桩基工程中的应用研究

发表时间：2021/6/28 来源：《基层建设》2021年第6期作者：王宇鹏

[导读] 摘要：声波透射法是桩基检测中非常重要的一种方法，是利用声波的透射原理对声测管之间的混凝土介质状态进行检测，分析混凝土缺陷位置、范围和程度，判定混凝土灌注桩的桩身完整性、地下连续墙的墙身完整性。

        佛山市禅城区建设工程质量安全检测站 528000
        摘要：声波透射法是桩基检测中非常重要的一种方法，是利用声波的透射原理对声测管之间的混凝土介质状态进行检测，分析混凝土缺陷位置、范围和程度，判定混凝土灌注桩的桩身完整性、地下连续墙的墙身完整性。本文将讨论声波透射法的工作原理、缺陷判定及其在桩基工程中的实际应用。
        关键词：桩基工程；声波透射法；缺陷分析；应用措施
        前言
        声波透射法可以在不影响桩基础使用性能、不破坏桩基础内部结构的前提下有效的检测出桩基础是否存在缺陷，从而准确的反映出桩基工程的真实状态。
        一、声波透射法的工作原理及其优点
        （一）超声波检测原理
        声波检测一般是人为激励的方式向介质发射声波，在一定距离上接受经过介质物理特性调制的声波，通过观察和分析声波在介质中传播时声学参数和波形变化，对被检测对象的宏观缺陷、几何特征、组织结构、力学特征进行推断。
        （二）声波透射法检测技术的优点
        声波透射法在所有桩基检测技术里面有其鲜明的特点：检测全面、细致，范围可覆盖全桩长所有截面，结果准确可靠且现场操作简便、迅速。在大直径混凝土灌注桩检测上，声波透射法以覆盖面广、准确性高、对桩本身无任何不利影响成为目前主要的检测手段。
        二、声波透射法检测混凝土灌注桩工程实例分析
                                        工程实例

                                            （图1）
        从图1声速波幅曲线跟波列图上可以看出该桩在距离桩顶1.40m处波幅偏小；6.70~7.50m范围声速明显偏低，波幅明显偏小；22.80~24.70m范围声速明显异常（其中22.80~23.60m声速波幅均明显异常，声速最小值不足2.0km/s）。中部缺陷用斜侧、加密测验证为有多条连续异常测线的局部缺陷，桩底缺陷过大斜侧测线几乎毫无信号。

                                     （图二）
        从图二可以看出，119测点波形正常。相对于119测点，236测点波形明显异常，声速明显降低，波幅明显下降，整体波形畸变程度非常大。这里可以看到243测点相对于正常测点，声速明显降低（不足2.0km/s）但波幅正常，整体波形畸变程度稍小。波幅对整体桩的判定不如声速稳定，但对桩身混凝土缺陷敏感。根据声波透射法原理分析，波速降低、波幅非但不下降反而高于附近测值的情况是由于粗骨料少，声波被反射散射少的缘故，所以此范围内很大概率出现了粗骨料减少砂浆增多的情况，也就是混凝土离析。
        综上所述该桩完整性等级为Ⅳ类
        三、对比与验证
        在完成声波透射法检测后，现场用钻芯法进行验证，验证前先用低应变法对此桩进行了对比（因为低应变检测方便快捷，在实际应用中可以和声波透射相互补充）。

        从低应变曲线上看出7.7m处存在明显缺陷，桩底23.3m处同向反射也有增强。对比上可以看出声波透射法其中的优势，单就低应变曲线进行分析的话，很难去定义23.5m处的同向反射是缺陷还是其他情况，而声波透射法由于可以准确反映桩身每一深度剖面的情况，进而可以清楚了解整桩详情。再看钻芯的情况，经过钻芯法验证桩身在1.3~1.5m处混凝土胶结差，6.70~7.50m范围芯样正常，桩底以上2.0m范围内混凝土无粗骨料，水泥砂浆松散（局部有可能在取芯过程中震碎），无法获取芯样。
        综合分析，钻芯的情况验证了桩底部缺陷而没有反应到桩中部的缺陷，为什么桩身中部缺陷没有印证呢？特别是中部缺陷用地应变法复测时缺陷反射强烈。根基既往现场经验，钻芯法取芯是有一定取芯率的。对于桩身缺陷在的几何分布情况推断，是依据对异常区域细测（加密平测和交叉斜侧）后作出的大致推断。由于桩身缺陷在桩身空间的分布是一个不规则的几何体，我们可以对平测、斜侧结果进行分析，推论出缺陷在检测剖面上的投影，可能和实际情况有所偏差：桩身缺陷在桩身的纵向分布范围可依据加密平测或交叉斜侧的临界测线（缺陷边缘的测线）比较准确地确定；但是桩身缺陷在横截面上的分布是依据缺陷在各监测泡面上的投影的横向尺寸区推断的，其可靠性较低。所以桩身6.70~7.50m范围的缺陷为什么没有被取芯成功呢，一是由于本桩是800桩只有两个声测管，得出的缺陷范围没有3管、4管的大直径桩详细（管数越多空间上进行平测、斜侧或者CT所得出来的信息会更详细准确），二是因为缺陷是不规则几何体，其分布形状未知（横截面尺寸只是推断），也就造成了钻芯结果正常的情况。桩底缺陷因为范围过大，只要不抽偏（小直径桩钻芯有一定概率抽偏）取芯验证成功的概率还是较大的。
        四、结语
        总之，声波透射法是检测混凝土灌注桩桩身完整性的一种非常方便准确的方法未来在大直径混凝土灌注桩的应用将会越来越广泛，但是其特点决定了纵向缺陷比较准确，横向缺陷可靠性相较于纵向缺陷比较低，所以在实际应用中应结合其他方法相互补充，尽可能的提高检测的准确性、有效性！
        参考文献：
        [1]工程桩质量检测技术培训教材，北京中国建筑工业出版社，2019。
        [2]广东省标准《建筑地基基础检测规范》（DBJ/T15 -60-2019）北京：中国城市出版社，2019.