声波透射法检测桩基中声测管管距的修正方法研究

李　娟，任文宏，王吉红，张　钊，何晓慧，王宝辉（甘肃智通科技工程检测咨询有限公司，甘肃　兰州730000）



声波透射法检测桩基中声测管管距的修正方法研究

李娟，任文宏，王吉红，张钊，何晓慧，王宝辉
（甘肃智通科技工程检测咨询有限公司，甘肃兰州730000）

摘要：桩基检测中声测管的埋设至关重要，如果声测管埋设不平行，将会直接影响检测结果的准确性。根据超声波在混凝土材料中的传播特性，推导了声测管测距修正的相关理论公式，经过应用，该修正公式可以很好地消除因声测管弯曲或者不平行所造成的影响，取得了较好的修正效果。

关键词：声波透射法；修正方法；效果

1　概述

近些年来，随着国家对基础建设项目投入的不断增加，在各类工程结构中，桩基作为其重要组成部分和主要的基础形式被广泛应用起来[1]。桩基一般深埋于地下，属于隐蔽性工程，由于施工空间狭小，施工质量往往难以保证，如果施工控制不好，后期检测不到位，将会给工程的正常使用带来很大的隐患[2]。

声波透射法在检测桩基缺陷中具有众多的优点，现场操作简便、快速且不受桩长、直径的限制，可以较为准确地检测出桩身混凝土的内部缺陷[3]。提高了桩基检测效率，保证了桩基的施工质量，是当前混凝土灌注桩基检测的主要方法之一。声测管在埋设中应牢固焊接或绑扎在钢筋笼内侧，定位准确，并埋设至桩底，管口应高出桩顶面300mm以上，声测管之间应保持平行，否则对测试结果造成很大影响，甚至导致检测方法失效[4-6]。因此，有必要针对声测管不平行的情况进行研究，掌握声测管管距的修正方法。

2　声测管的埋设

当桩径不大于1500mm时，埋设3根管；当桩径大于1500mm时，埋设4根管（如图1所示）。

图1　测管布置图（注：图中阴影为声波的有效检测范围）

声测管采用金属管，其内径应比换能器外径大15mm，管的连接采用螺纹连接，且不漏水。声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼内侧，定位准确，并埋设至桩底，管口应高出桩顶面300mm以上，声测管之间应保持平行，否则对测试结果造成很大影响，甚至导致检测方法失效。

3　声测管的修正

3.1管斜问题

在灌注桩的声波检测中，各测点声速不是直接测量，它是根据仪器实测各测点声波在混凝土中的传播时间ti和桩顶声测管外壁间距l0，由下式计算而得：

而各测点实际声速为：

因此有：

式中：l0——桩顶面两声测管外壁间距；

Vi——测点i按照l0计算的声速；

li——测点i的实际测距（检测是无法知道）；

VTi——测点i按照实际测距li计算的声速；

ti——测点i处桩身混凝土声时。

当两声测管保持较好的平行度时，li=l0，Vi=VTi，即按桩顶面两声测管外壁间距l0和各测点实测声时计算的声速与各测点的实际声速相同。

但在实际工程中，声测管之间很难保持绝对的平行，如果安装时操作不当或声测管连接、固定不好，可能会造成声测管严重倾斜、弯折、翘曲，使同一剖面内各测点的测距发生很大的差异，导致按式(1)推算的声速与测点的实际声速有很大差别，甚至使检测试验失败(实测数据无法分析)。

3.2对声测管斜管测距的修正

3.2.1管距修正原理

由式(3)可知：对于某一检测剖面的声速-深度v （z）曲线，各测点混凝土质量(可由实际声速vTi表征)和实际测距li，与l0的比值都将影响声速-深度曲线的形态(l0/li即是声测管的倾斜度)。

总之，声测管倾斜影响v（z）曲线的总体趋势，是一个渐变(或者按段渐变)的过程，同一趋势影响的深度范围较大，属系统误差。桩身混凝土质量的波动（vT（z）的变化）对曲线v(z）的影响是突变的，在平均值附近上下波动的，同一趋势影响的深度范围小，属偶然误差。而桩身缺陷对曲线v(z）的影响是剧烈的，一般情况下明显偏离曲线的整体趋势。

3.2.2管距修正的方法

1）在声速-深度曲线上，以曲线的转折点为分界点将v（z）曲线划分为若干段(或者按曲线的大体趋势来划分)。

2）对每一段v（z）曲线，用一曲线f（z）与v（z）曲线拟合，得到一条与实测v（z）曲线的总体趋势和形态基本吻合的曲线方程。

3）以桩顶处混凝土声速为基础(此处管距l0是真实的)，对各测点声速进行修正。

式中：l（z）——修正后的深度为z的测点测距；

f（z）——v（z）的高阶拟合曲线；

v0——桩顶混凝土声速；

l0——桩顶测距；

v′（z）——经测距修正后的各测点声速；

tz——各测点的实测声时。

4）绘制经过测距修正后的声速-深度曲线v′（z）。

4　结语

由于桩基检测过程中容易出现声测管不平行的情况，对声测管的测距修正进行理论推导，为声测管发生弯斜时检测数据的修正提供了新的思路及合理的理论修正方法。运用以上所推导的声测管修正公式，在实际检测中进行应用，根据监测结果和修正结果、以及实际情况进行对比分析，本文中所推导的修正公式和提供的修正方法可以很好地在工程中加以应用，对桩基声测管弯斜数据修正中消除了测管误差的影响，取得了较好的修正效果。

参考文献：

[1]蔡裕恩.超声波透射法在混凝土灌注桩检测中的应用[J].物探与化探,2005,29(3):276-278.

[2]沈忠武.钻孔灌注桩施工中钢筋笼偏位及断桩的处理方法[J].铁道工程学报,2009,(5):12-15.

[3] Ng S.C,Ismail N,Ali Aidy. et al. Ultrasonic NDE for internal defect detection in multi -layered composite materials by multi-resolution signal decomposition[J].Journal of Applied Sciences,2013,13(1):87-94.

[4] GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[5] JTG/T F81-01-2004公路工程基桩动测技术规程[S].北京:人民交通出版社,2004.

[6]中国工程建设标准化协会.CECS21:2000超声法检测混凝土缺陷技术规程[S].2000.

中图分类号：TV112.7