声波透射法在建筑工程桩基质量检测应用

　　摘要：介绍了声波透射法检测桩基的基本原理，对声波透射法检测技术检测数据的处理与判定进行了介绍和分析，并结合工程实例说明声波透射法能够缺陷桩的补强提供依据。是检测桩基质量的一种较好方法。
　　关键词：声波透射法；基本原理；桩基检测；质量；补强
　　1前言
　　桩基是各种建筑物的基础形式之一，属于隐蔽工程，起着将结构上部荷载传递到较深和较好地层中的作用，是构筑物的重要组成部分，对工程结构质量和安全起着相当重要的作用。它是建筑物的基础，一旦基础失稳，势必造成整体建筑物破坏。
　　声波透射法检测桩基是评价桩基工程是否合格的依据，同时也是对不合格桩进行补强的基础。本文结合工程实例应用声波透射法进行桩基质量检测，通过此实例，说明声波透射法在工程桩检查中的实用性。
　　2声波透射法的基本原理
　　混凝土的物理力学性质受其内部结构特性与外部环境条件等诸种因素制约，其声波传播特性反映了混凝土的应力应变关系，根据弹塑性介质中波动理论，声波在介质中传播波速为：（1）
　　式中：
　　E—介质中的动态弹性模量；
　　ñ—密度；
　　í—泊松比。
　　弹性模量与介质的强度之间存在相关性，声波在混凝土中的传播参数(声时值、声速、波幅等)与混凝土介质的物理力学指标(动弹模、密度、强度等)之间的相关关系就是声波在基桩中传播参数的理论依据。当混凝土介质的构成材料、均匀度、施工条件等内、外因素等基本一致时，声波波速在其中的传播参数应基本一致。若介质中存在缺陷，则声波波速在传播的途径中产生饶射、反射等现象，使其声时、声速、声幅等产生变化，从而判定桩身混凝土的内在质量问题。
　　对被检测桩预埋A、B、C三管，从桩底开始沿桩长每隔20～30cm分别进行A-B、B-C、A-C三个剖面在同高程对测(平测)，一般各测点发射与接收换能器累计相对高差不大于2cm，并随时校正(见图1)。
　　
　　图1声波透射法现场检测示意图
　　声波在混凝土中的传播速度(波速)依据实测声时，测距计算得出：
　　(2)
　　其中：tp=t-t0-t′；
　　t0—声时初读值；
　　t′—声时值修正值，
　　(3)
　　式中：
　　D—测管外直径，
　　d—测管内径；
　　d′—换能器外径；
　　Vi—检测管壁厚方向声速；
　　Vw—水相声速。
　　桩身混凝土异常的临界值用下式判定：
　　＜σ或＜2σ（4）
　　式中，,σ（σ)分别为波速(声时)平均值和波速(声时)标准差。
　　（5）
　　σ=（6）
　　3工程实例
　　3.1概况
　　江门某大楼23层，裙楼4层，均为框架结构。拟建场地地层结构自上而下为：①杂填土(淤泥质土)，黄色～灰黑色，软塑～流塑状态，层厚2.5～4.2m；②粉质粘土，灰黄色，可塑状态。层厚0.00～1.90m。fk=160kPa，Es=7.0MPa；③粘土Ⅰ，灰黄色～褐黄色，可塑～硬塑状态，层厚0.00～4.50m，fk=230kPa，Es=11.0MPa；④粘土Ⅱ，褐黄～黄色，硬塑～坚硬状态，层厚3.80～7.80m，fk=280kPa，Es=14.0MPa；⑤强风化泥质砂岩，棕红色，中密～密实状态，层厚4.70～13.4m，fk=350kPa，Es=18.0MPa；⑥中风化泥质砂岩，棕红色，岩质较坚硬致密，层厚大于30m,fk≥900kPa，压缩性微小。
　　该楼采用人工挖孔扩底灌注桩基础，共183根，主楼的桩径为Ö1.15m～Ö1.8m，扩大到Ö2.80m～Ö3.5m，桩长因地质条件而定为12.0m～16.3m，桩身砼C35并配钢筋，共设置声波透射法检查的工程桩29根。
　　3.2测管埋设
　　根据声波透射法的测试要求，在拟测的29根工程桩埋设测管，每根桩均按等腰三角布测管A,B,C三根，AB=AC=BC=87cm。测管采用钢管，外径Ö40mm，内径Ö35mm，测管直达桩底。
　　3.3第一次检测
　　按声波透射法的检测规划和方法，分别对29根进行检测，获得结果为：除75#桩之外，其余28根桩均正常，没发现重大缺陷，判为Ⅰ类和Ⅱ类桩，可作工程桩使用。但75#桩于12.1～12.6m处存在严重离析，AB，AC和BC三个剖面均超判据，实测波形见图2。经加密测试，表明是整段式的严重离析，75#桩判为Ⅲ类桩，不能直接使用。
　　
　　图2第一次实测波形
　　3.4补强与第二次检测
　　根据75#桩的声波透射法的检测结果，设计、施工、监理和业主多方协商决定对75#桩进行抽蕊验证。在75#桩呈三角形布置三个孔进行钻孔取蕊。三个钻孔的取蕊均发现于12.2～12.6m处存在严重离析，随后采用高压注浆进行后期补强。经补强满凝期后，对75#桩进行第二次声波透射法复测，即在第一次声波透射发现异常处再次复测，波形见图3。第二次检测表明，补强后的75#有明显改善，三个剖面的声时、声波不超判据，仅BC剖面上的声幅，略有轻微超判据的现象，判为Ⅱ类桩。同时采用低应变锤击法进行复查，补强后的75#桩桩身质量也未发现严重缺陷，故建议补强后的75#可作工程桩使用。
　　
　　图3第二次实测波形
　　4结语
　　声波透射法在桩基质量检测中是比较准确可靠的，其检测结果，可对有缺陷的部位实施处理措施时进行补强。正是因为桩基是隐蔽工程，其检测和事故后的处理均较困难，因此，在桩基设计前和施工后都需要进行必要的试验和检测，以保证桩基工程的质量。在检测时，对有缺陷的桩应持慎重的态度，不要漏判缺陷，也不要夸大缺陷的严重程度。
　　参考文献
　　[1]万凌辉柯燕，声波透射法在桩基检测中的应用[J]江西煤炭科技，2010.05
　　[2]王述红张鑫赵振东于志华，声波透射法检测大直径灌注桩试验研究[J]东北大学学报(自然科学版)，2011.06

《声波透射法在建筑工程桩基质量检测应用》

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