谈声波透射法在桩基完整性检测中的应用★

李索南多吉 肖青云 王文军 黎 罡

(吉首大学土木工程与建筑学院，湖南张家界 427000)

1 工程概况

根据地质勘察报告，场地情况如下:场地为溶蚀丘陵地貌，位于山腰缓坡，场地整体东高西低，相对高差8 m左右。场地地质状况:第①层:杂填土:褐黄色，稍湿，结构松散，主要成分为黏土，未完全固结，厚度0.8 m～2.5 m。第②层:粘土:可塑，属中等压缩性土层，强度一般，变形性较小，整个场地广泛分布，层厚 1.7 m～6.5 m，平均 4.16 m。层顶埋深0.0 m～2.9 m，根据室内试验综合确定承载力特征值fak=160 kPa。第③层:微风化灰岩。厚层状，块状构造，岩石致密坚硬，裂隙较发育。岩芯采取率92%，RQD=85，岩溶较发育，见有溶沟、溶蚀裂隙及溶洞等，基岩埋深不一，基岩面起伏较大，该层岩石饱和单轴抗压强度范围值17.2 MPa～59.0 MPa，岩石抗压强度平均值 30.9 MPa，标准值 27.2 MPa。

2 超声波检测技术和PSD判据法的基本原理

2.1 超声波检测技术基本原理

在混凝土介质中激发一定频率的弹性波，该弹性波在介质中传播时，遇到混凝土介质缺陷会产生反射、透射、绕射、散射、衰减，从而造成穿过该介质的接收波波幅衰减、波形畸变、波速降低等。由接收换能器接收的波形，对波的到时、波幅、频率及波形特征进行分析，判断混凝土桩的完整性及缺陷的性质、位置、范围及缺陷的程度［1，2］。

超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量、密度和泊松比有关，所以超声波在不同介质中的传播速度也有所不同。利用这一特性，当超声波在桩身中进行传播时，如果桩身存在断桩、塌孔、缩颈和沉渣等缺陷时，超声波的传播速度会发生较明显的变化，我们就可以准确的判断桩基础可能出现的缺陷［3］。公式如下:

其中，E为弹性模量;ρ为密度;σ为泊松比。

2.2 PSD判据法的基本原理

PSD［4］判据根据桩身某一剖面测点的实测声时tc和测点高程h，得出一个以tc为因变量，h为自变量的函数，tc=f(h)，当桩身完好时f(h)连续可导，当存在缺陷时f(h)不可导。PSD判据即为声时—深度曲线相临测点的斜率K与相邻两点声时差Δt的乘积。

其中，ti为 i测点时的声时，μs;ti－1为 i－1 测点的声时，μs;hi为 i测点时的深度，m;hi－1为 i－1 测点时的深度，m。PSD法突出了声时的变化，对缺陷较为敏感，但缺陷缓变时，容易漏判。PSD值与缺陷的大小关系如下:

当缺陷为夹层，临界判据值为:

其中，v1为混凝土正常波速;v2为缺陷中波速;ΔH为相临测点深度差;R为缺陷半径;L为声程。

3 工程案例

本次检测主要检测桩身完整性和均匀性，一共检测了30 根桩基，桩径有三种，800 mm，900 mm，1 600 mm，桩长分别为6 m，4 m，8 m。检测工作参照中华人民共和国JGJ 106—2014建筑基桩检测技术规范。检测仪器采用武汉中岩科技有限公司生产的RSM-SY7(W)超声波检测仪。本文选取了其中2根桩基的检测数据进行分析，分别是1号基桩和2号基桩，图像及检测数据见图1，图2及表1。

图1 1号基桩超声曲线

图2 2号基桩超声曲线

表1 1号基桩超声波实测数据

1号基桩桩长7 m，当以声速作为判据时，根据表1中数据桩身上部1.4 m及2.1 m处声速明显低于临界值4.084 km/s。当以声幅作为判据时，其值也低于声幅临界值88.4 dB，并且声时明显变长，PSD曲线发生突变，由此可以判断出这两处可能存在一定缺陷。5.9 m～6.6 m PSD曲线和声波声幅异常情况较严重，初步判断存在缺陷，缺陷可能是由于混凝土离析出现粗骨料大量堆积细骨料较少造成的，该桩属于Ⅲ类桩。

2号基桩桩的声速以及声幅都不大于临界值，PSD曲线没有发生突变，由此判断该桩的桩身完整性较好，属于Ⅰ类桩。

4 结语

相较于其他的桩身完整性检测方法，声波透射法实时反映桩内各点的声时声速波幅等数据，克服了受桩长限制的缺陷，并且检测时对桩身无损伤，检测结果准确可靠，因此得到高度认可和广泛应用。但是也存在一定的缺陷，比如在检测桩身扩径和缩颈等问题时容易出现误判漏判，所以需要别的检测技术(如钻芯法、低应变法)来配合检测，综合评价。