声波透射法在预应力管桩桩长检测中的应用分析

2020-11-02胡鑫印高明枫

工程质量 2020年6期

张锋，胡鑫印，高明枫

（昆山市建设工程质量检测中心，江苏昆山 215337）

0 引言

我国长三角城市建设快速发展，桩基础在建筑工程中的应用越来越多，其中预应力管桩的使用也大幅增多。对于已经完工的地基项目来说，检测判断预应力管桩的桩长存在较大的难度，尤其是多节长桩［1］。桩基础为地下工程，具有隐蔽特性，已经完成的桩基项目采取常规检测手段显然不可行，强行使用常规检测方法，必然导致数据极为不可靠。检测同时需要保证桩基础的后期正常使用，故需要采用无损检测方法来解决问题。预应力管桩桩身为预应力混凝土，鉴于其与桩周岩土之间的声学性能差异，故可采用声波透射法来解决长度检测问题。本文通过对该探测方法原理分析，并应用到工程检测实例当中，取得了良好的检测效果。

1 声波透射法原理分析

1.1 检测原理

由超声脉冲发射源向混凝土内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性；当混凝土内存在不连续或损坏界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低［2-3］；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同剖面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内混凝土存在缺陷的性质、大小及空间位置［4］和参考强度。

1.2 声时修正

各测点的声时 tc和声速 v 应根据现场检测数据，按式（1）、式（2）计算［5］：

式中：tci为第 i 测点声时；ti为第 i 测点声时测量值；t0为仪器系统延迟时间；t′为声测管及水层声时修正值；l′为声测管间净距；vi为第 i 测点声速。

使用声波透射法检测预应力管桩桩长的原理与之大致相同，如图 1 所示，试验前分别在桩孔内、桩外打入一根测斜管，测斜管长度预估比试桩长度长 3～5 m。当超声波穿过桩底泥层介质时，预应力管桩桩身与桩周岩土的声学性能差异很大，声波的声学参数特征值因衰弱会出现声时增加、波速变低的变化，同时波列图也会有明显的变化。声波透射法就是根据声学参数及波列图变化的位置，判定桩底的位置，为判定桩长提供可靠的理论支持。

图1 测斜管布置示意图

1.3 现场检测

检测前将两根测斜管提前布置在距预应力管桩壁边缘约 20～30 cm 的位置，并且尽力保证测斜管与桩身的中心线相互平行，测斜管的长度比管桩设计深度深 3～5 m。检测设备采用某公司生产的 RS-ST06D 一体化数字超声仪成套检测设备。检测前，测斜管内灌满清水。检测现场应当无强振动源、强磁场干扰。测试时分别将发送和接收换能器放入两根测斜管管底，保证两个换能器放置高程一样。超声脉冲信号从一根测斜管中的换能器中激发出去，另一根测斜管中的换能器接收信号，超声仪采集记录储存声波信号。两个换能器由管底同步向上逐点检测，直至测斜管顶。根据实测修正声时、波列图等信号特征，经过分析数据确定预应力管桩桩长。

2 工程应用

2.1 案例一

对昆山市花桥镇某项目工程桩 1# 桩桩长进行了超声波检测，检测试验前分别在桩孔内、桩外打入一根测斜管，桩外测斜管距离试桩 20～30 cm，测斜管长度比试桩长度长 3～5 m。1 # 桩测试深度为 36 m，1 # 桩桩洞内从桩顶至桩顶以下 15 m 深度为人工填土，再往下为自然土塞。测斜管现场布置如图 2 所示。

图2 测斜管现场布置图

考虑测斜管的倾斜，利用测斜仪对 1# 桩的两根埋管进行测量，并计算出测斜管的间距，部分间距值如表 1 所示。

表 1 中列出了 15 m 以下部分的测斜管间距和声时测量值，计算出波速。从计算值看出，29 m 处声速发生了变化，但是变化不明显（声时增大 12 %）。

表1 1# 桩实测管间间距及计算波速值

图 3 为该项目1# 桩预应力管桩声波透射法测试结果，数据采集间隔设为 10 cm，检测初始位置深度为34.0 m。从波列图和声时图中可以看出，在 16 m 和 29 m处波列图和声时发生了变化。基本可以确定桩长为 16 m或者 29 m，再通过 24～29 m 的波列图和计算的声速分析可以得出该桩的桩长为 29 m。