校正桩基声测管间距的一些举措

本次研究目的：由于基桩属于隐蔽性工程，采用声波透射法检测时，基桩各个测点的管间距均默认为桩顶面声测管之间的边缘距离，因此要求布设的桩基声测管相互平行，但当声测管不平行时，基桩各个测点的管间距和桩顶面的边缘距离不对应，就不能默认为桩顶面声测管的边缘距离，这种情况下继续将基桩各个测点的管间距默认为桩顶面的边缘距离会给检测数据分析带来严重影响，因此必须采用修正手段对基桩的各个测点管间距进行修正，使各个测点的管间距回归至真实或接近真实值，进而才能对基桩质量做进一步的判定。

目前，基桩质量检测方法主要有低应变反射波法、声波透射法、高应变反射波法、钻芯法四种。低应变反射波法由于受基桩周围地质环境的干扰，检测结果有时存在很大争议，而且不适合大桩径基桩和长桩，在基桩检测中已较少使用；高应变反射波法一直存在较大争议，很少在基桩检测中使用；钻芯法是基桩检测中常见的检测方法，具有直观性、可靠性等优势，但由于该检测方法费力费时，且存在微破损，不适于在基桩检测中普及；声波透射法由于具有用途广泛、探测距离大、检测细致、无盲区、完全不破坏结构、可估算混凝土波速等优势已成为最广泛的混凝土无损检测方法。

声波透射法判断混凝土质量的声学参数主要有：声速、波幅、频率以及波形。在这四个声学参数中，波幅、频率及波形均能反应混凝土的缺陷，但是无法与混凝土的强度相关联，既无法判定基桩的混凝土强度是否满足设计要求，如一低标号混凝土基桩无缺陷，仅用波幅、频率及波形三个声学参数是无法对该基桩质量进行判定，因此，声速这一声学参数相对于其他三个声学参数具有不可替代的作用，因为声波在混凝土中的传播速度反映了混凝土的弹性性质，而混凝土的弹性性质与混凝土的强度具有相关性，进而混凝土声速与混凝土强度之间也存在相关性。声波透射法检测中，由于基桩是隐蔽性工程，基桩每一深度对应的实际管间距无法测量，只能用管口测量值来代替，这就要求声测管布设的声测管相互平行，但施工中很难做到，某些极限状态下两个声测管靠在一起，造成测点波速异常偏大，明显超出混凝土的声速范围，使声速I临界值明显提高，造成误判现象。另一种情况是两声测管管间距变大，造成实测测点的波速偏低，无法反映混凝土的实际波速，造成误判现象。这两种情况都会造成基桩检测中对桩基的轻判、重判、错判、误判现象，降低声波透射法在基桩检测中的可信度，而且规范14中对基桩质量的判据有详尽的论述，但对声测管管间距的异常却无深入探讨，因此对基桩异常段落进行管间距修正方法研究具有重大意义口。

1、声测管管间距修正的假设条件一是，两声测管倾斜、不平行，而且不在同一个平面内(在同一个平面内的情况在文献内已有论述。二是，声测管的刚度足够强，施工中在外力作用下声测管不会发生严重的挠曲，声测管可视为由一条或几条直线段组成。三是，假定混凝土质量密实，声波在混凝土各部位传播的波速可取值为基桩的平均波速石。四是，忽略由声测管倾斜所引起的发射换能器和接收换能器在竖直方向的差值(差值非常小)，即视两者在同一水平位置。

2 空间异面状态下两声测管管间距与对应深度之间的数学模型声测管空间异面模型。以两声测管的轴线AB、CD与桩头指定的标高处的水平面的交点A、c所确定的直线作为戈轴，以与AC垂直并在同一平面内的一条直线作为Y轴，戈、Y轴的交点为原点0，以过0点竖直向下的一条直线作为z轴。AB、CD为空间异面直线，KL为异面直线AB、CD的垂线，EF为过垂足K作CD的平行线，于是便确定两个平面ABE、CDE，GHI为某一测点所处的水平面与直线AB、CD、EF所组成的三角形，U为过垂足三点的水平面与直线CD、EF的交点所连成的线段，OL、卢、y分别为直线AB和邪的夹角、儿和KL的夹角、某一点水平面与面ABE和CDE形成的两条交线之间的夹角，易知d、卢、y为定值且Ot、届较小。假定K点的坐标为(x，y，z)，某一测点G的坐标为(戈，Y，二)，由几何关系可得：

关系，由此可知处于同一平面内的两声测管的管间距与对应深度之间的关系仅是两声测管处于异面状态下相应关系的一个特例)，此函数式便是两声测管的管间距Z与该测点所处深度z之间的函数关系。

各测点的声测管的间距均以桩顶面两声测管之间的边缘距离Z。作为它们的计算间距，而非实际间距f。，当两声测管相互平行的条件下，此时用上述公式计算各测点的波速是可行的，但当两个声测管不平行时，此时不能简单的套用f。而应对之间的相等关系进行修正，以取得各测点较真实的。

3．各测点声测管管间距的修正和基桩质量的近一步判定依据各测点的声时值和混凝土的平均波速可计算出各测点的两声测管对应的理论间距，于是可得到中坐标系下的各测点的坐标，利用已知的各测点的坐标，利用所推导出的数学模型如进行曲线拟合，以求出常数a、b、c。具体过程如下：首先，由数值计算方法1中的相关知识可得：

进而可以利用修正后所得的各测点波速秽：结合其他声学参数判定基桩的质量。

4、实例分析

某基桩桩径1．5 m，桩长42 in，布设3根声测管，其中I一2测面的边缘管间距为800 mm，声速平均值4．08 km／s，检测中发现1—2面的2l～39 m段声速出现异常，最大值竟达5．486 km／s，对此需要利用本修正方法进行修正。由于基桩在0～21 m段声速无明显的变化，为正常段落；21～30 m段声速逐步变大，为异常段落；30—39 m段声速逐步变小，为异常段落，现在对这三段声速进行分别修正，具体过程如下。首先确定混凝土波速为4．08 km／s，然后将基本参数输入到修正程序中。可以得到0—21 m段、21—30 m段、30～39 m段修正后的管间距和声速值，并绘制成图。0～39 m段各测点管间距修正前后对比。第一段0～21 m段声速无明显的变化，经修正，该段各测点的管间距无明显变化；第二段21～30 TTI段声速逐步变大，为声测管管间距异常引起，经修正，该段各测点的实际管间距是在逐渐变大；第三段30一39 m段声速逐步变小，也是有声测管管间距异常引起，经修正，该段各测点的管间距是在不断变小。7 0—39 m段各测点管间距修正前后对比0—39 m段各测点声速值修正前后对比。声速异常测点经修正后能回归到接近真实的声速值，同时声速经常的点受修正方法的影响微乎其微，进而可以利用修正后的声速值对基桩质量进行判定。

5、结论

(1)声测管平行时测点管间距经本修正方法修正后，管间距变化非常小，说明本修正方法对声测管正常段不会带来外来干扰。

(2)采用本修正方法对声测管管间距异常段修正后，测点的管间距和声速值能回归至真实值。