斜管测距修正方法在灌注桩超声波透射法中的应用

斜管测距修正方法在灌注桩超声波透射法中的应用

蔡彩君

（上海勘察设计研究院（集团）有限公司，上海 200093）

摘 要：超声波透射法是一种常用的桩身质量检测方法，普遍用于各种钻孔灌注桩工程中，但由于施工中各种因素的影响，使埋设在桩中的声测管出现弯斜现象，由此导致所检测的数据不能如实地反映该部分的桩身质量。因此，需要对弯斜部分的检测数据加以修正，以便对桩身质量作出合理的分析和判断。关键词：超声波透射法；斜管测距；修正中图分类号：TU473.1 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）07-0169-02 超声波透射法由于其检测全面、细致的特点，声波检测的范围可覆盖全桩长的各个横截面，信息量相当丰富，检测结果准确可靠，现场操作方便、迅速，不受桩长的限制，目前广泛地应用于钻孔灌注桩桩身混凝土质量检测中。但预埋在基桩中的声测管在施工过程中，声测管之间很难保持绝对的平行，如果安装时操作不当或者声测管连接、固定不好，可能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，导致计算的声速与测点的实际声速有很大差别。在对该部分检测数据进行分析处理时，会造成误判、漏判，给工程安全带来隐患，因此需要对弯斜部分的检测数据进行修正。1 超声波透射法

1.1 超声波检测的基本原理和方法

超声波透射法检测桩结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源向混凝土内发射高频弹性脉冲波，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。根据接收到的初至波的能量衰减特性、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。记录不同侧面、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。

在被测桩中埋设声测管，作为换能器的通道。测试时每2根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器中发射出去，在另一根声测管中的换能器接收信号，超声波探测仪进行采集、记录、储存。超声波检测原理如图1所示。

图1 超声波检测原理示意图

1.2 超声波检测数据计算分析

根据现场所测数据绘制声速-深度曲线和波幅-深度曲线，其中声时及声速按以下方法计算。

（1）

（2）

对修正数据进行分析，对桩身质量做出

合理的判定。 （3）3 斜管修正实例

3.1 （4）

检测桩设计参数

钻孔灌注桩桩长12m，桩径Φ850mm，桩身混凝土强度为水下C30，采用超声2 斜管测距修正方法（最小二乘法）

波透射法进行桩身完整性检测，判定桩2.1 最小二乘法基本概念

身混凝土缺陷并定位。

最小二乘法是一种数学优化技术，3.2 现场实测参数（见表1）

它是通过最小化误差的平方和寻找数据t0=（L1×t2-L2×t1）÷（L1-L2）的最佳函数匹配，可以用于曲线拟合。 （5）2.2 声测管管距的修正

t00=t0+（d1-d2）÷Cg+（d2-d）÷Cw（1）管距修正原因。现场检测时候， （6）各测点的声测管的测距均是以桩顶面两其中：L1、L2分别为两个换能器先声测管之间的内侧边缘距离作为它的计后两次调节内边缘的间距；t1、t2为其算距离，而非实际距离，当两个声测管分别读取的相应声时值；t0为仪器设备相互平行时，计算距离等于实际距离。的声时初读数，us；t00为孔中测试的但是当两个声测管不平行的时候，就不声时初读数，us；d为径向振动式换能能简单地将计算距离误认为实际距离，器直径，mm；d1为预埋声测管的外径，而是应该对该部分的数据进行修正，以mm；d2为预埋声测管的内径，mm；Cw为便取得各测点的真实距离。

水中声速，km/s；Cg为预埋声测管所用（2）管距修正原理。声测管倾斜时，的材料的声速，km/s。

测试曲线是一个渐变的过程，属于系统表中的t0是根据（5）式计算所得，误差。桩身混凝土质量的波动或者桩身根据（6）计算得到t00值为31.500us。存在缺陷时，测试曲线会发生突变而非3.3 检测数据分析

渐变，属于偶然误差，故可以根据测试（1）现场检测：在本次检测中两个曲线形态变化来判断异常段是由声测管径向换能器以10cm的步长由桩顶下12m倾斜引起还是由桩身缺陷造成的。处采用平测的方式逐点向上检测，测试2.3 声测管管距修正的基本假设

所得的声速-深度、波幅-深度以及（1）两声测管虽然发生倾斜，但仍PSD-深度曲线如图2所示。

然在同一个平面内；（2）声测管具有足从实测曲线变化来看，存在着以下够的刚度，发生倾斜后仍能保持连续光几个特点：①虽然声速均大于临界声滑；（3）混凝土质量密实，声波在各个速，但从声速的突变（Z的变化）、幅测点的波速可取桩基的平均波速。值的变化及观察实测波形的异常情况来2.4 声测管管距修正和桩身质量判定

看，声速-深度曲线上在1.10～1.2m（1）在声速-深度曲线上，以曲线处及11.8～11.90m处发生突变。②声的转折点为分界点，将v（z）曲线划分速-深度曲线表明在桩顶至桩顶下5.4m为若干段。（2）对每一段v（z）曲线，处有一个逐渐增大的过程，且基本呈线用一曲线f（z）与v（z）曲线拟合，得性变化到5.4m后趋于稳定。③根据①可到一条与实测v（z）曲线的总体趋势和以判定桩身混凝土在1.10～1.2m处及形态基本吻合的曲线方程。（3）以桩顶11.80～11.90m处存在缺陷。④根据②处混凝土声速为基础，对各测点的声速判断声测管在桩顶至桩顶下5.4m处有一进行修正。（4）绘制经过测距修正后的个逐渐靠近的过程，且基本呈线性变化，声速-深度曲线v′（z）。（5）通过

5.4m以下基本平行，因此需对倾斜段的

表1 测管和设备参数表

测管外径（mm）

测管内径（mm）

声时初读数t0（us）

换能器直径（mm）

测管内水温度（℃）

A=59.42A=54.21B=57.19

B=53.14

11.60

25.00

30

169

【施测鉴工】住宅与房地产2019年7月

行检测时，通过综合分析实测的波速-深度、波幅-深度以及PSD-深度曲线，从曲线的整体趋势和形态可以发现在整个检测范围内是否存在突变段和渐变段，根据理论分析判定渐变段为一般为声测管弯斜段。

声测管发生弯斜在超声波检测中是比较常见的一种现象，弯斜部分的检测数据不能如实反映桩身质量，为了对桩身质量做出合理的评价须进行斜管修正，然后根据修正后的数据判定桩身是否存在缺陷及缺陷的位置。

本文介绍了采用最小二乘法进行管斜修正的方法，通过该方法对弯斜部分的管距进行修正，使修正后弯斜部分的波速趋于合理，这样有助于科学合理地判定桩身质量，不会产生误判和漏判现象。

工程检测人员必须对检测的原始数据进行科学的分析判定，对检测数据中存在异常的部分应该根据理论和检测经验预判该异常部分是桩身混凝土缺陷还是声测管发生倾斜引起的，还可以采用加密检测、斜测、扇形扫射检测的手段对异常部分进行确认。参考文献：

[1]JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].[2]陈凡,徐天平,陈久照,等.桩基质量检测技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.[3]赵常要,杨东涛,员宝珊.对声波透射法检测中存在声测管倾斜问题的一种修正方法[J].硅谷,2009(18):38+126.

作者简介：蔡彩君（1975—），男，江苏苏州人，工程师，研究方向：桩基检测。

图2 声速-深度、波幅-深度、PSD-深度随深度变化的实测曲线

声测管进行管距修正。

（2）斜管修正。第一，根据上面分析对桩顶到5.4m处的声速数据（剔除明显异常数据）进行修正，其拟合方程如下。

（7）

其中：c（0）为桩顶测点声速；K为拟合系数；z为深度,m。

第二，对各测点的测距及声速的重新计算。

测距计算：

（8）

声速计算：

（9）

式中：l0为桩顶两根声测管的净距，

m。对于5.4m以下的测距采用5.4m处的计算测距。

第三，管斜对t00的影响分析。由于测管倾斜，导致声测管与声波传播方向间的夹角a1不等于90°，因此需考量其对t00的影响，计算公式如下（计算时假设两根声测管倾斜程度相同）。

第四，进行管斜修正后的数据。经过管斜修正后的声速-深度、波幅-深度以及PSD-深度曲线如图3所示。从修正后的数据来看，1.10～1.20m及11.8～11.9m检测曲线仍然存在突变，而桩顶至桩顶下5.40m的渐变基本趋于平直。

（3）检测结果分析。①经过管斜修正后，1.10～1.20m处的声速值仍大于临界值，但声速、幅值存在突变并且实测波列图发生畸变，由此可判断该处存在缺陷。②经过管斜修正后11.80～11.90m处声速已低于临界声速，并且声速、幅值存在突变、实测波列图发生畸变，由此可判断该处存在缺陷。③经过管斜修正后桩顶至桩顶下5.40m的范围内检测曲线的声速、波幅均大于临界值，该范围内波列图规则、一致性较好，由此判断该范围桩身结构完整不存在任何缺陷。4 结束语

采用超声波透射法进行桩身质量进

=31.5067us （10）与平测t00值相比，该值比平行声测管仅增加了0.0067us,因此可以忽略斜管对t00值的影响。

图3 管斜修正后声速-深度、波幅-深度以及PSD-深度曲线

170