桩基声测法中管距扭曲修正的一种新方法

卢 新 建

(福建省建筑科学研究院，福建 福州 350000)

桩基声测法中管距扭曲修正的一种新方法

卢 新 建

(福建省建筑科学研究院，福建 福州 350000)

基于声时—深度曲线斜率变化，提出声波透射法桩基检测中声测管管距扭曲修正的一种新方法，并阐述了该方法在实际工程中的应用，有效地解决了声测管不平行对声波透射法的干扰，提高了缺陷判别的准确性。

声波透射法，灌注桩，桩基检测，声测管管距

0 引言

声波透射法是基桩检测的一种常用方法，其判定桩身缺陷的主要方法有“概率法”和“斜率法”。如果用“概率法”判断桩身缺陷，必须保证声测管平行，因为超声声时的变化不仅受混凝土质量的影响，还与声测管间距有关，因而，一旦声测管发生扭曲，桩身内部的声测管间距与桩顶不一致，就容易造成误判。若声测管外弯，则计算管距比真实管距小，致使实测声速值比实际值小，有可能导致实测声速值比临界声速值小的位置因声速异常被判为缺陷；若声测管内弯，则计算管距比真实管距大，致使实测声速值比实际值大，可能导致缺陷因实测声速值比临界声速值大而不能发现。“斜率法”主要是依据相邻测点间的声速及声时等参数的斜率变化来判断桩身的异常，可以在一定程度上避免因声测管偏移而造成的误判，但声测管偏移量不同时，同一性质缺陷的判据值不一致，无法对缺陷进行定量判断。而在施工过程中，经常出现一些声测管布置不平行的情况，使得无法准确地判定桩基检测结果，这就需要对声测管管距偏移进行修正，然后再对桩基进行质量判别。

1 一种新的实测管距修正方法

由于混凝土声速相对稳定，所以声时—深度的变化主要是由声测管管距变化及桩身缺陷所引起的，而声测管本身具有一定刚度，即使发生扭曲，在大多数情况下也仍然能够保持光滑连续，在相邻测点的测距是渐变的，即管距变化引起的声时变化是连续渐变的，而缺陷引起的声时变化是突变的，所以在缺陷的数据数量相对较少时，可以把声时—深度曲线看作是管距—深度曲线的一种近似曲线。

一种常用的管距修正方法为：将声时—深度曲线以其转折点为分界划分为若干段，对每一段声时—深度曲线v(z)，用一曲线与其拟合，从而得到一条与实测v(z)曲线的形态与趋势基本吻合的曲线f(z)，即为管距—深度曲线。然后以桩顶处混凝土的声速为基础(此时的管距为真实管距)，对各测点的声速进行修正。但是这种修正方法存在一些问题：

1)渐变型缺陷对v(z)曲线的影响也是缓变的、大范围的，因此很难区分某个区域v(z)的变化是桩身渐变型缺陷引起的还是管距变化引起的。

2)分段曲线的连接处不光滑，甚至不连续，与声测管的弯曲是光滑连续曲线这一事实矛盾。

以下提出一种新的管距修正方法：先求声时—深度曲线的斜率，然后以转折点处为分界将斜率—深度曲线划分为若干段，对每一段斜率—深度曲线g(z)，用一曲线k(z)与其拟合，然后结合桩顶处混凝土的声速为边界条件对V0×k(z)曲线进行积分(V0为桩顶处波速)，可以得到一条与实测v(z)曲线基本吻合的曲线，即为新的管距—深度曲线。然后以桩顶处混凝土的声速为基础，即可对各测点的声速进行修正。

其中，在深度Zi和Zi-1两相邻的测点处，所测得的声时分别为ti和ti-1，声时—深度曲线的斜率为：

(1)

在曲线拟合时，由低次到高次逐步拟合，采用最小平方误差，求得各参数的最优估计值。由于多次的计算所带来的舍入误差，有:

(2)

如式(2)成立，则停止计算，k-1次即为合适的拟合次数。最高拟合次数为n-1次。其中，n为数据组数；k为拟合次数；∈ki为第i组数据第k次拟合时计算值与观测值之差。

由于斜率对v(z)的变化更加灵敏，新方法可以更好的排除渐变缺陷的影响，同时可以解决分段曲线连接处管距—深度曲线不光滑的问题，更符合实际情况。

2 新修正方法的检验

为了验证新修正方法的准确性，事先设定一个声测管扭曲的管距变化情况，绘制成管距—深度曲线(如图1所示)，并按固定声速(4.2 km/s)编制一组该情况下的理想超声检测数据，在高程4 m，9 m处分别设置缺陷，绘制成声时—深度曲线(如图2所示)。然后分别按上述两种方法对声时—深度曲线进行拟合，得到修正的管距—深度曲线(如图3，图4所示)。

比较图1和图3，图4，可以看出两种方法求解的管距均接近实际管距，但是以新方法求解的管距在曲线的转折处更为光滑，更有利于判别缺陷。

3 工程实例

某工程采用钻孔灌注桩，某桩混凝土设计强度为C30水下，桩长为23.50 m，桩径为1 000 mm，埋设2根声测管，共一个检测剖面。其桩顶测距为680 mm，实测声速—深度曲线及波速—深度曲线如图5，图6所示，可见其桩顶测点声速为4.249 km/s，属于混凝土声速的正常取值，然而其距桩顶15.40 m处的测点声速仅为3.436 km/s，严重偏离混凝土声速的正常取值，且这一变化是缓变的、大范围的，因此有必要对其管距进行合理的修正。

按上述新方法对其声时—深度曲线进行拟合，得到修正的管距—深度曲线，求得修正后的波速—深度曲线如图7所示。

修正前，在桩顶以下9.50 m～21.00 m范围内桩身混凝土的实测声速值小于临界声速值，按照《基桩检测技术规范》要求，判定此桩桩身完整性为Ⅲ类，但在管距修正后，整个实测声速值都大于临界声速值，可以判定该桩为Ⅰ类桩。为保险起见，对该桩进行了取芯验证，取出的芯样连续完整，表面光滑，骨料分布均匀，胶结较好，断口吻合，呈长柱状，试件抗压强度代表值38.6 MPa，为Ⅰ类桩，符合修正后的判断结果。

4 结语

本文较好的解决了声测管扭曲、偏移对超声波检测的影响，所求声速更接近实际声速，还原了桩基的本来面目，提高了缺陷判别的准确性，使声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性的可靠性大大提高，既可以保证工程质量，又避免了工程上的浪费和对工程进度的影响，具有较好的现实意义。

[1] 陈 凡,徐天平,陈久照,等.基桩质量检测技术[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2014.

[2] 叶 健.声波透射法桩基检测技术中声测管管距偏移的修正以及缺陷的CBV判据[J].工程质量，2005(4)：212-215.

[3] 钟赣平.声波透射法检测桩基的质量判别综合研究[D].赣州：江西理工大学，2011.

Abstract: Based on the change in slope of acoustic time and depth of pile, the text will put forward a new method of correction about the deviation of acoustic pipe-distance in cross hole sonic logging of pile testing technique, illustrates the application of the method in projects. This method can minimize the influence of in-parallelling of the acoustic pipe embedded in pile and reflects strength and stability for the quality of pile body concrete more exactly.

Key words: cross hole sonic logging, casting in-situ pile, pile testing, acoustic pipe-distance

A new method of correction about the deviation of pipe-distance in cross hole sonic logging of pile

Lu Xinjian

(FujianAcademyofBuildingResearch，Fuzhou350000，China)

2016-03-19

卢新建(1990- )，男，助理工程师

1009-6825(2016)15-0088-02

TU473.16

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