基桩声波透射法声速低限值探讨

基桩声波透射法声速低限值探讨

高绪东

身份证号：500228199705236870

摘要：随着我国城市化进程和大交通的迅速发展，高层建筑和大型构筑物遍地开花，而其基础多采用桩基础。桩基础是工程建设中最常见的地基加固方式，常见的桩基础类型包括钻孔灌注桩、CFG桩以及格形钢板桩等。然而部分桩基础受材料、施工工艺和周围荷载的影响，会产生不同程度的损伤，导致其承载力差，使得地基产生过大或不均匀沉降，严重威胁工程的安全运行。目前常见的桩基质量问题包括蜂窝、疏松、夹泥、缩径、裂纹、弯曲等，因此如何正确的识别这些缺陷是当前桩基检测的问题之一。

关键词：基桩声波透射法；声速低限值

引言

低应变反射波法是最常用的桩完整性测试方法之一，基本原理将激励信号施加到桩的顶部以产生应力波，当应力波沿桩身传播时，将产生正或负方向上的反射波，检测和分析反射波的波形特性、传播时间和波幅以确定桩的完整性，该方法简单易行，精确度较为准确，在国内外大中小型工程都有着广泛的使用。

1声波透射法在桩基检测中的应用机理

在混凝土环境中，使用声波投射法中透射原理可有效检测桩身情况。在桩基施工时预先将两根以上声测管埋到桩身中，作为收发换能器的通道。把清水注入声测管作为耦合剂，并把发射换能器、接收换能器等放入声测管中，由发射换能器发射声波信号在桩身中传播，另一侧的接收换能器接收信号，通过显示器显示声波。

2基桩声波透射法声速低限值

2.1设备仪器要点

（1）对设备的外径进行设置，需小于测管内径，确保有效工作段的长度必须在150mm以内。（2）谐振频率的范围应在30～50kHz内，且确保水密性符合要求。（3）所选用设备需具备可显示、投射的功能。即在检测的过程中，实时显示并自动记录测试信息。（4）在该仪器设备中，设置系统宽度在1～250kHz，并且采样的间隔必须低于0.5μs，确保其测量结果的误差低于3%。对于桩基础而言，材质一般为混凝土材质，钢筋笼与塑料管之间的区别是材质的不同，再加上绑扎密实度低，且在吊装钢筋笼的过程中作用力较大，易出现声测管变形或是位移问题。因此，在声测管选择尺寸时，其直径应大于换能器10mm左右，这样便于其上下移动，金属波纹管选用35～50mm之间为宜。

2.2桩基检测技术的协调性

在中国工程建设过程中，尤其是在地下工程中，经常出现诸多不稳定因素。随着中国信息化进程的不断加速，桩基检测技术也在与时俱进。但是技术人员在桩基检测过程中所提供的数据科学性不强。给桩基设计部门提供的数据并未经过严密的分析和研究，也未对桩基检测的工作展开深入的探讨和精析。各部门之间的沟通也十分有限，仅仅是一些数据的传递，但在实际的建筑施工过程中却存在着极大的差异性。加之中国疆域辽阔、地大物博，地形地貌复杂多变，工程地质条件极易受到周边不稳定因素的影响。倘若桩基设计没有考虑到其他方面的影响，很可能引发延误工期、增加成本、降低利润等问题，甚至可能威胁工作人员的生命健康，降低工程的综合效率和建设质量。桩基检测的主要内容是研究分析桩基础的合理性，知晓岩土的质量、是否含有某些化学物质以及是否会影响桩基工程的使用寿命等。然而，在实际的桩基检测操作中，勘测队的实际检测施工范围是非常有限的。操作过程中的检测步骤不全面、不合理。在实际的工程建设中，若出现其他方面的影响，相关工作人员很有可能不能及时采取切实可行的措施来进行应对。

2.3低应变反射波法

整体的测验之前，需要做一些必要的准备工作。首先要对现场整体的环境进行全面的检查，能保证所有的检测都处在一个安全且可控的环境下。然后要对桩基周围的土质进行检测，对桩身的长度和直径也都要有详细的了解。尤其对于重要的部位，要重点排查检测，如桩头、桩基等，如果这些重要部位的混凝土浇筑质量不够高，很容易在检测的过程中产生一些过激的信号，从而出现一些震荡的情况，进而会导致检测到的信号不是非常稳定，会出现相干波或者衍射等干扰实验结果的现象，在对桩基的具体位置的判断上就无法做到准确无误，所以出现误差的几率就大大增加。桩头、桩基的混凝土密度和质量必须得到保证。采用预应力高强度混凝土管桩，这种高强度的管桩完全符合检测条件，同时也能确保地基支护的安全。对桩头进行清洁和打磨，以便于安装声波传感器，把声波传感器粘合在桩头上之后，再将信号接收器、计算机等显示波段的仪器连接到传感器上。一切观测、清洁、安装之后，便可以开始进行检测工作了。虽然低应变反射波法在检测桩身完整性时有这许多优势，但是它也有一些局限性。其在检测时对工作人员要求比较高，结果受人为影响比较大，严重的会出现判断错误的现象。目前，低应变反射波法还只能对缺陷性质做出判定，依据反射波形判断位置，但是无法准确的判定具体的数值，而且低应变反射波法时基于一维弹性杆件的理论，但是这种理论只是一种理想化的假设，并不能实际做到，所以在检测时还是会存在一些误差。

2.4检测孔的清洗

在日常桩基的施工中，虽然检测孔为预留，但是难免混入杂质，较为常见的是泥沙雨水附着在检测孔内壁，或小的混凝土块沾染在检测孔内壁，影响声波透传的距离和密度，从而直接影响测量和判定结果。所以，在进行桩基声波检测作业之前，务必将检测孔内壁进行清洗。清洗一般使用高压水枪或者空压机产生的高压气体，对内壁进行高压冲洗。在采用高压水枪冲洗的时候，必须使用清水，不含任何杂质和泥沙，以免新的杂质进入内壁影响测量判定结果。在清洗完成后，将检测管内部灌满清水，使用木塞或者布遮住检测孔，防止清洗后的检测孔被新的杂质污染，从而造成测量判定不准确或无价值的返工。

2.5龄期对桩身声速的影响

为了提高效率，更高效地服务于工程，对基桩超声检测龄期的要求，近几年是缩短的趋势。2020年新修的JTG/TF81－01－2004《公路工程基桩动测技术规程》对超声检测的龄期要求是“被检桩混凝土强度不得低于设计强度的70%且≥15MPa，龄期不应小于7d”。建筑行业和铁路行业的现有规范对龄期要求跟公路现有规范差异不大，也就是说基桩超声检测的时候，混凝土龄期是达不到28d的，混凝土的声速跟龄期基本遵循幂函数关系。常说的某标号的混凝土声速、声速低限值一般是养护28d后，强度达到100%时进行测试的，因为28d后的混凝土的声速趋于稳定，以28d后的声速作为混凝土声速，具有代表造成热流在通过墙面并不完全是一维过程，热流分流，造成一部分热流损失，致使墙体热阻的计算结果偏小。

结语

桩身声速是在基桩声波透射法的特有条件下得到的，虽然对缺陷判定能够提供有效依据，但是，不能简单地把桩身声速当成混凝土声速来对待。由于在测距不是准确值、径向换能器在声测管里晃动造成的声时测量误差、龄期对桩身声速有影响等客观条件下，使得桩身声速和混凝土声速还是有差异的。目前，对声速低限值的研究太少，没有公认的确定方法，凭个人经验掌握，差异可能会很大。将一个不熟悉的参量引入基桩声波透射法完整性评价体系，完全靠检测人员的经验来掌握，在相对成熟的基桩声波透射法检测技术里，显得不是很协调。此文仅是抛砖引玉，希望能对基桩声波透射法完整性评价体系的完善起到一点作用。

参考文献

［1］　陈凡，徐天平，陈久照，等.基桩质量检测技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2014.

［2］　吴增伟，徐天平，陈久照.桩身混凝土超声检测技术的研究与探讨［J］.广东土木与建筑，2004，32（12）：54－57.