仇道剛，陳江林，李俊啟

（南京銘創(chuàng)測(cè)控科技有限公司，江蘇 南京 210032）

0 引言

目前，在基樁檢測(cè)的三大行業(yè)規(guī)范里，都提到了混凝土聲速低限值。在 JGJ 106－2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》第 55 頁(yè) 10.5.4，第一條“應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合預(yù)留同條件混凝土試件或鉆芯法獲取的芯樣的抗壓強(qiáng)度與聲速對(duì)比試驗(yàn)，分別確定樁身混凝土聲速低限值VL和混凝土試件的波速平均值VP”；在 TB 1021－2019《鐵路工程基樁檢測(cè)規(guī)程》第 19 頁(yè) 5.4.3，第一條“當(dāng)檢測(cè)剖面n個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速值普遍偏低且離散性很小時(shí)，宜采用聲速低限值判據(jù)。即實(shí)測(cè)混凝土聲速值低于混凝土聲速低限值時(shí)，可判定為異?！保辉?JTG/T 3512－2020《公路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》第 63 頁(yè) 10.4.7，第一條“應(yīng)根據(jù)預(yù)留同條件混凝土試件或鉆芯法獲取的芯樣試件的抗壓強(qiáng)度與聲速對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)合本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，分別確定樁身混凝土聲速的低限值VL和平均值VP”。三大行業(yè)規(guī)范均把聲速低限值作為輔助判據(jù)。筆者發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際工程檢測(cè)中，因沒(méi)有明確的辦法確定聲速低限值，故關(guān)于聲速低限值的部分條文僅僅停留在字面上。

1 聲速低限值概念

關(guān)于聲速低限值，筆者查閱了大量資料，并沒(méi)有找到混凝土聲速低限值具體定義，也找不到一篇關(guān)于聲速低限值的論文。理論上，聲速低限值是指同一地區(qū)、同一標(biāo)號(hào)、按照同樣的配合比、同樣的材料在相同的養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)成型的混凝土，其聲速的極限最小值。要確定聲速低限值，要有一定的樣本數(shù)量，數(shù)量是多少比較合理，目前也沒(méi)有可查的依據(jù)。筆者走訪了一些權(quán)威的科研機(jī)構(gòu)，也沒(méi)有找到任何一家單位對(duì)混凝土聲速低限值進(jìn)行過(guò)研究，也就是說(shuō)混凝土聲速低限值按照什么樣的方法確定，沒(méi)有公認(rèn)的依據(jù)。

2 樁身聲速不等于混凝土聲速

樁身聲速不等于混凝土聲速的主要原因有兩個(gè)：①聲測(cè)管不平行；②徑向換能器在聲測(cè)管中不居中。這兩個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致測(cè)距或聲時(shí)出現(xiàn)誤差，影響聲速的計(jì)算?；炷谅曀偈侵该總€(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)距能夠準(zhǔn)確測(cè)量，精確到毫米；每個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量，精確到微秒，測(cè)距除以聲時(shí)計(jì)算出來(lái)的聲速，混凝土聲速可以一定程度地反映混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性。

2.1 聲測(cè)管不平行

樁身聲速是指按照基樁聲波透射法計(jì)算得到的聲速［1］，考慮聲測(cè)管不平行的因素，樁身聲速的每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)距不是準(zhǔn)確測(cè)量值，樁身聲速的來(lái)源如式（1）、（2）所示。

式中：tci為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值，us；ti為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)測(cè)量值，us；t0為測(cè)試系統(tǒng)零聲時(shí)，us；t′ 為聲測(cè)管、水的聲時(shí)修正值，us；vi為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速，km/s；l為樁頂面兩聲測(cè)管凈間距，mm。

l是聲測(cè)管管口的凈間距，非每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際測(cè)距，基樁聲波透射法是假設(shè)聲測(cè)管是平行的，只有假設(shè)聲測(cè)管平行，這個(gè)方法才成立。但是實(shí)際情況，聲測(cè)管不是平行的，工程上聲測(cè)管會(huì)有所傾斜，而且各種情況都會(huì)有：有局部?jī)A斜的，有整體傾斜管口變小的、有整體傾斜管口變大的，這就導(dǎo)致l不是每一個(gè)測(cè)點(diǎn)真實(shí)距離，真實(shí)測(cè)距可能比l大，也可能比l小。從某種意義上說(shuō)，樁身聲速跟混凝土聲速的差異，是由聲測(cè)管的平行度決定的，而且有時(shí)候聲測(cè)管平行度偏差極大［2］，這也是基樁完整性判定不看聲速絕對(duì)值大小，只看聲速相對(duì)變化的原因。近幾年的技術(shù)發(fā)展，對(duì)于輕微管斜的數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行管斜修正，這樣可以得到更準(zhǔn)確的聲速值。但是，管斜修正僅能在輕微管斜的時(shí)候有較好的效果，嚴(yán)重管斜的數(shù)據(jù)無(wú)法得到良好的修正效果。另外，聲波透射檢測(cè)的一大優(yōu)勢(shì)就是可以不等基坑開(kāi)挖、破除樁頭即可進(jìn)行檢測(cè)，然而此時(shí)測(cè)量的聲測(cè)管管距跟實(shí)際管距偏差很大，如圖 1 所示。這種情況雖然對(duì)樁身完整性判定不會(huì)產(chǎn)生影響，但是，測(cè)得的樁身聲速與混凝土聲速會(huì)有很大的差異。

圖1 基坑未開(kāi)挖的聲測(cè)管

2.2 聲測(cè)管傾斜工程案例

例如，某房建工程樁聲波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，樁號(hào) 52，樁徑800 mm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度 C30，埋設(shè) 2 根聲測(cè)管，樁長(zhǎng) 8.2 m。聲波檢測(cè)結(jié)果：聲速平均值 2.6 km/s，聲速臨近值 2.512 km/s，聲速標(biāo)準(zhǔn)差 0.027。聲速-深度曲線、波幅-深度曲線均正常，所有測(cè)點(diǎn)聲速和聲幅均大于臨近值（見(jiàn)圖 2），深度-聲速曲線無(wú)明顯管斜現(xiàn)象。聲速整體偏低，由于檢測(cè)時(shí)基坑沒(méi)有開(kāi)挖，判斷因聲測(cè)管管口部分變小所致。數(shù)據(jù)曲線均正常，初步判定為Ⅰ類(lèi)，后經(jīng)過(guò)取芯驗(yàn)證，證實(shí)了聲波判定結(jié)果是正確的。但是，此樁的樁身聲速遠(yuǎn)低于混凝土聲速低限值，如果以樁身聲速低于混凝土聲速低限值來(lái)判定此樁是問(wèn)題樁，顯然是不正確的。

圖2 聲速整體偏低曲線圖

2.3 徑向換能器在聲測(cè)管中不居中

考慮聲測(cè)管直徑比徑向換能器尺寸大的因素，徑向換能器在聲測(cè)管中不是一直居中的，則每個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)測(cè)量值不是準(zhǔn)確值，會(huì)影響樁身聲速的計(jì)算?；鶚堵暡ㄍ干浞ㄔ谟?jì)算系統(tǒng)零聲時(shí)時(shí)，是以徑向換能器在聲測(cè)管里居中為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的。但是，實(shí)際檢測(cè)時(shí)，徑向換能器在聲測(cè)管里是自由晃動(dòng)的，如圖 3 所示。兩個(gè)徑向換能器因自由晃動(dòng)導(dǎo)致在最遠(yuǎn)端和最近端時(shí)的距離差 Δl如式（3）所示。

圖3 徑向換能器不居中距離差示意圖

式中：v水為水的聲速，km/s。

常用聲測(cè)管分為 50、54、57 mm 三種規(guī)格，以外徑 54 mm、壁厚 2 mm、徑向換能器直徑 25 mm、水的聲速 1.48 km/s 為例計(jì)算。

徑向換能器在最遠(yuǎn)端和最近端的聲時(shí)差：

換言之，由于徑向換能器在聲測(cè)管里的隨機(jī)晃動(dòng)，造成的樁身聲時(shí)誤差最大為 22.52 %，考慮零聲時(shí)計(jì)算時(shí)，是以徑向換能器在聲測(cè)管中居中計(jì)算，樁身聲速誤差為聲時(shí)誤差的一半。以固定樁徑舉例進(jìn)行計(jì)算，是為了更簡(jiǎn)潔、清晰地表達(dá)觀點(diǎn)。實(shí)際樁徑越小，這個(gè)誤差越大；聲測(cè)管越粗，誤差越大；徑向換能器直徑越小，誤差越大。為了減小這種隨機(jī)誤差，徑向換能器上宜按裝扶正器。實(shí)際工程上，扶正器磨損很快，因徑向換能器的隨機(jī)晃動(dòng)對(duì)完整性判定不會(huì)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致磨損失效的扶正器不會(huì)被及時(shí)更換。也有很多廠家的徑向換能器出廠不帶扶正器。綜上所述，徑向換能器在聲測(cè)管中不居中，給樁身聲速與混凝土聲速之間帶來(lái) 10 % 左右的誤差。

3 齡期對(duì)樁身聲速的影響

為了提高效率，更高效地服務(wù)于工程，對(duì)基樁超聲檢測(cè)齡期的要求，近幾年是縮短的趨勢(shì)。2020 年新修的 JTG/T F 81－01－2004《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》對(duì)超聲檢測(cè)的齡期要求是“被檢樁混凝土強(qiáng)度不得低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 70 % 且≥ 15 MPa，齡期不應(yīng)小于 7 d”。建筑行業(yè)和鐵路行業(yè)的現(xiàn)有規(guī)范對(duì)齡期要求跟公路現(xiàn)有規(guī)范差異不大，也就是說(shuō)基樁超聲檢測(cè)的時(shí)候，混凝土齡期是達(dá)不到 28 d 的，混凝土的聲速跟齡期基本遵循冪函數(shù)關(guān)系［3］（見(jiàn)圖 4）。常說(shuō)的某標(biāo)號(hào)的混凝土聲速、聲速低限值一般是養(yǎng)護(hù) 28 d 后，強(qiáng)度達(dá)到 100 % 時(shí)進(jìn)行測(cè)試的，因?yàn)?28 d 后的混凝土的聲速趨于穩(wěn)定，以 28 d 后的聲速作為混凝土聲速，具有代表性。由此可見(jiàn)，基樁超聲檢測(cè)時(shí)的樁身聲速是必定小于混凝土聲速的。

圖4 混凝土齡期-聲速曲線

4 結(jié)語(yǔ)

樁身聲速是在基樁聲波透射法的特有條件下得到的，雖然對(duì)缺陷判定能夠提供有效依據(jù)，但是，不能簡(jiǎn)單地把樁身聲速當(dāng)成混凝土聲速來(lái)對(duì)待。由于在測(cè)距不是準(zhǔn)確值、徑向換能器在聲測(cè)管里晃動(dòng)造成的聲時(shí)測(cè)量誤差、齡期對(duì)樁身聲速有影響等客觀條件下，使得樁身聲速和混凝土聲速還是有差異的。測(cè)距不是準(zhǔn)確值的影響，隨機(jī)性強(qiáng)，影響大于后兩個(gè)因素。目前，對(duì)聲速低限值的研究太少，沒(méi)有公認(rèn)的確定方法，憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)掌握，差異可能會(huì)很大。將一個(gè)不熟悉的參量引入基樁聲波透射法完整性評(píng)價(jià)體系，完全靠檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)掌握，在相對(duì)成熟的基樁聲波透射法檢測(cè)技術(shù)里，顯得不是很協(xié)調(diào)。此文僅是拋磚引玉，希望能對(duì)基樁聲波透射法完整性評(píng)價(jià)體系的完善起到一點(diǎn)作用。Q