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CN113404097B - 一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法 - Google Patents

一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法 Download PDF

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CN113404097B
CN113404097B CN202110579409.3A CN202110579409A CN113404097B CN 113404097 B CN113404097 B CN 113404097B CN 202110579409 A CN202110579409 A CN 202110579409A CN 113404097 B CN113404097 B CN 113404097B
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CN
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pile
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foundation pile
hole
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林志春
杨文强
汤小明
邓桂萍
王勇平
毕博文
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Guangdong Jiaoke Testing Co ltd
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Abstract

本发明涉及既有基桩无损检测领域，具体是一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法。通过在基桩外钻挖多对检测对孔，构建完整性检测所需的条件。以不同的检测孔组合形成多种检测线，将跨孔超声检测技术应用在不同组合形成的检测线中，从而获取不同深度水平面的基桩的测量数据。结合公式计算，合理量化地对基桩被掩埋部分的整体状态进行测量，达到基桩桩长测定和桩身完整性检测的目的。本方法适用性广，利用桩外检测的方式避免了对既有基桩造成二次损坏。检测过程灵活可控，能完整地反映基桩整体的状态和桩底位置，判断基桩可能存在的缩径、扩径、断裂等问题的程度和位置，为基桩的后续维护、加固或拆除提供有效依据。

Description

一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法
技术领域
本发明涉及既有基桩完整性检测领域，更具体地，涉及一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法。
背景技术
基桩是建筑中起支撑和承重作用的重要结构，由于基桩的桩身大部分被掩埋在地下，使基桩具有较强的隐蔽性，但同时带来了检测难的问题。作为保证建筑质量和安全重要的一环，基桩的检测十分重要，无论是在建过程的检测，竣工后的验收，还是对使用多年的既有桩进行评估。除小部分裸露的桩头可直接通过目视和工具进行直接测量外，绝大部分埋藏在地下的桩身都需要通过间接的手段进行检测。被掩埋的桩身由于四周土层的影响，在检测过程中存在耗时长、难度大、干扰多等问题，在不破坏既有基桩和不影响既有基桩固定的前提下，对既有基桩进行量化的完整性检测具有很大的难度。
传统的基桩检测技术包括：钻芯法、低应变动测法、高应变检测法和声波透射法。针对既有基桩而言，现有方法各有不足之处，如：钻芯法会对基桩本身的结构混凝土造成局部损伤，是一种半破损的现场检测手段，而且钻芯法仅是一孔之见，无法完整描述基桩的完整性；低应变法虽然能定位桩径变化区域，但无法量化反映桩径变化，也无法测量基桩的完整性，而且对于基桩可能出现的多个缺陷，检测所形成的应力波会相互叠加形成干扰，导致无法进行准确的判断，对既有基桩的适用性较差；高应变法只能定性描述基桩缺陷，受限于检测条件，高应变法不适合既有基桩的无损检测；声波透射法需要依赖在基桩内预埋的声测管，仅适用于在建基桩，且无法描述基桩的桩径变化，不能判定扩径和缩径缺陷。综上，既有基桩的检测往往因为各种原因，例如常见的缺乏检测的条件、检测过程对既有基桩产生破坏或方法的局限性导致检测结果无法反映既有基桩的完整性等，使既有基桩的完整性检测较难实现。所以既有基桩的检测技术应该具备对基桩现有条件的依赖小，且不会损坏既有基桩和其它既有结构，同时应保证检测结果能反映基桩的完整性。可见，传统的基桩检测方法均无法在满足上述要求的前提下实现既有基桩的完整性的检测。
现有技术对既有基桩缺乏一种有效的检测手段，在不破坏既有基桩的前提下，对被掩埋的桩身的完整性进行量化的检测，以应对不同的检测需要，并能快速无损地检测既有基桩的完整性，及时发现既有基桩可能存在的损坏如：缩径、扩径、断裂等问题，并准确判断损坏出现的具体位置和程度，为后续基桩的维护、加固或拆除提供有效依据。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法，用于解决如何无损快速地对既有基桩进行量化的完整性检测的问题。
本发明采取的技术方案是一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法包括以 下步骤：S1.围绕既有基桩，在既有基桩周围的地面上钻挖两组以上的检测对孔，每组检测 对孔由两个检测孔组成；所有的检测孔竖直向下且孔深大于既有基桩的设计桩长，任意两 个检测孔在任意深度水平面上的距离相同；S2.同一组检测对孔在任意深度水平面的连线 为检测线，所述检测线的中心过基桩某一截面的圆心，任意两条相邻的检测线形成的夹角 相等，分别命名为：第一检测线、第二检测线……第N检测线且对应的长度分别为
Figure 952768DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 896453DEST_PATH_IMAGE002
……
Figure 455611DEST_PATH_IMAGE003
；同一深度水平面内，第一检测线、第二检测线……第N检测线过基桩的线段分别为：第一过 桩段、第二过桩段……第N过桩段；非同一组且相邻的两个检测孔在任意深度水平面的连线 为参照线，参照线与基桩不接触，参照线分别为：第一参照线、第二参照线……第N参照线且 参照线对应的长度分别为
Figure 371614DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 843178DEST_PATH_IMAGE005
……
Figure 274159DEST_PATH_IMAGE006
；S3.将跨孔超声检测设备的换能器安装在各个检测孔 的底部，保持换能器的超声波接收端和超声波发射端位于同一深度水平面，向上提拉至检 测孔的顶部，测量并记录各个深度水平面的深度分别为
Figure 637007DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 469834DEST_PATH_IMAGE008
……
Figure 564829DEST_PATH_IMAGE009
，各检测线上测得的声时 分别为：第一检测线在不同深度下的声时
Figure 732374DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 898913DEST_PATH_IMAGE011
……
Figure 320667DEST_PATH_IMAGE012
，第二检测线在不同深度下的声时
Figure 648880DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 992137DEST_PATH_IMAGE014
……
Figure 447520DEST_PATH_IMAGE015
，……第N检测线在不同深度下的声时
Figure 254939DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 754054DEST_PATH_IMAGE017
……
Figure 584606DEST_PATH_IMAGE018
；对应的第一过桩段在不同深 度下的长度设为
Figure 827369DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 490561DEST_PATH_IMAGE020
……
Figure 426156DEST_PATH_IMAGE021
，第二过桩段在不同深度下的长度设为
Figure 540742DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 524879DEST_PATH_IMAGE023
……
Figure 41311DEST_PATH_IMAGE024
，……第N 过桩段在不同深度下的长度设为
Figure 898540DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 500422DEST_PATH_IMAGE026
……
Figure 84987DEST_PATH_IMAGE027
；各参照线上测得的声时分别为：第一参照线 在不同深度下的声时
Figure 659188DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 671007DEST_PATH_IMAGE029
……
Figure 9453DEST_PATH_IMAGE030
，第二参照线在不同深度下的声时
Figure 397709DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 826416DEST_PATH_IMAGE032
……
Figure 9136DEST_PATH_IMAGE033
，……第N检 测线在不同深度下的声时
Figure 851190DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 528290DEST_PATH_IMAGE035
……
Figure 811504DEST_PATH_IMAGE036
；S4.获取超声波在基桩中的传播速度
Figure 430704DEST_PATH_IMAGE037
和各个深度 水平面内超声波在土层中的传播速度
Figure 228896DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 224534DEST_PATH_IMAGE039
……
Figure 408259DEST_PATH_IMAGE040
，通过公式：
Figure 198361DEST_PATH_IMAGE041
获 取不同深度水平面下各个过桩段的变化；S5.根据同一深度水平面内各个过桩段的长度能 反映基桩截面及桩径的信息，结合不同深度下各个过桩段的长度变化能获取基桩的实际桩 长以及桩径的变化量和变化位置，对既有基桩进行完整性检测。
现有的超声技术在基桩检测中，仅针对在建过程中的基桩的混凝土结构进行检测这一应用，将跨孔超声技术用于对既有基桩整体的完整性进行检测，突破了原有的基桩检测思路，提供了一种超声波新的应用和基桩完整性检测方法。基桩的完整性检测具体主要包括测量既有基桩的实际桩长和既有基桩不同深度下桩径的变化。
不需要依赖预先设置在在建基桩中的测声管，而是在基桩四周的地面上通过钻挖检测所需的检测孔的方式，使得本方法的适应性更强，能适用于不具备检测条件的既有基桩。在检测孔的钻挖的过程中，对基桩本身不会造成影响，检测后，检测孔还能通过灌注混凝土的方式进行封闭，基本完全消除对基桩四周环境的影响，实现既有基桩真正的无损检测。
检测孔的设置灵活，能按照现场的实际环境进行规避调整，但又不会对检测结果造成实质影响，通用性和环境实用性好。检测过程中，先将换能器放在底部再进行提拉，有助于确保检测孔的垂直度和移动路径的通畅，并有助于先确定基桩的长度。超声波接收端和超声波发射端位于同一水平面有助于保证超声波对检测线或参照线测量的准确性，减少了干扰和误差。
检测线营造了测量深度水平面内基桩信息和土层信息的条件，参照线营造了测量深度水平面内土层信息的条件。超声波在基桩中的传播速度和在任意深度水平面的土层中的传播速度能通过多种方法获取，利用公式能获取深度水平面内多条过桩段的实际长度。通过横向比较，在深度平面内多条过桩段的长度结合检测线之间的位置布置，可以量化推断深度水平面内的实际桩径；通过纵向比较，同一过桩段在不同深度下长度的变化能量化推断基桩被掩埋部分的桩径变化和实际桩长，从而获取基桩的完整性。
本技术方案是所述步骤S3中，将跨孔超声检测设备的换能器安装在各个检测孔的底部前，还包括以下步骤：S31.钻挖检测孔终孔后，在检测孔中埋放硬质套管，硬质套管的内径大于换能器的外径，硬质套管竖直向下；S32.埋入硬质套管后，在硬质套管的外壁与检测孔的孔壁之间填充混凝土，使硬质套管外壁与各个土层紧密相连；S33.所述硬质套管内注满清水，并持续维持硬质套管内满水状态。
检测孔的钻挖深度大，钻挖过程中多余排泥土的排出，工具上下运动时对检测孔孔壁的碰撞，不同土层的硬度不足，泥土之间的附着结合力差等多种因素容易导致检测孔的稳定性不足。越深，检测孔的整体稳定性越弱，检测孔提供的通道受环境的影响影响越大，更容易出现检测孔的坍塌，为了稳固检测孔内的通道，通过在检测孔中埋放硬质套管，在检测孔中提供一条换能器的稳定通道，减少后续检测对检测孔稳定性的依赖。
在硬质套管的外壁与检测孔的孔壁之间填充混凝土，使硬质套管被充分固定，同时消除了硬质套管与检测孔之间的间隙，避免了超声波经过空气层后发生严重的衰减。在硬质套管内注满清水，进一步消除了换能器与硬质套管之间的间隙，而且水能在换能器运行的过程中保持换能器与套管之间的无空洞连接，减少了超声波的衰减。
由清水、硬质套管、填充混凝土层组成的连接结构，使换能器在上下运动的过程中，始终能保持与检测孔的无缝连接，形成了良好的超声波传播通道，减少了超声波的衰减，保持了超声波强度，降低了误差和干扰，使测试结果更准确。
本技术方案是所述检测线的中心过基桩某一截面的圆心。既有基桩的完整性测量中，各个深度下基桩桩径的长度极大程度地反映了基桩在该深度水平面内的状态，受限于基桩的裸露范围，检测线只能过某一裸露基桩截面的圆心。过圆心后的检测线的过桩段长度与桩径长度一致且此时过桩段的长度为最大值，而且直接反映了该截面上的桩径变化。在不同深度下，根据过桩段长度的变化，可以判断出基桩可能存在缺陷，例如缩径、扩径、断裂等问题，并准确判断损坏出现的具体位置和程度，甚至可根据经验进一步确定基桩被掩埋部分是否存在倾斜。
本技术方案是所述检测对孔为三组，即检测线为三条，任意两条检测线形成的夹角相等。一条检测线的缺陷在于它只能反映一条直线上桩径长度的变化，若深度平面内基桩只是发生某一方向上的局部缺陷，单一检测线大几率会无法检测到，理论上检测线越多，对基桩的截面的状态反映就越接近真实情况。但实际检测过程中，每多一条检测线都会导致钻孔、整体布置、运算和分析更加复杂和困难，拖缓检测工时。
采用三条检测线并使任意两条相邻的检测线形成的夹角相等，即形成的6个角均为60°时，检测线均匀分布在深度水平面内，使得缺陷被忽略的可能性极大的降低，同时根据经验判断，还能判断出若基桩存在弯曲时弯曲的具体方向，使基桩的完整性测试更全面和准确。
本技术方案是所述步骤S4中，各个深度水平面内超声波在土层中的传播速度
Figure 687111DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 955281DEST_PATH_IMAGE043
……
Figure 275404DEST_PATH_IMAGE044
能通过以下步骤获取：S41.通过跨孔超声检测设备测得深度为
Figure 987139DEST_PATH_IMAGE045
的深度水平面上的 各条参照线的声时分别为
Figure 494344DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 769467DEST_PATH_IMAGE046
……
Figure 944097DEST_PATH_IMAGE036
；通过以下公式：
Figure 810422DEST_PATH_IMAGE047
获得超声波在深度为
Figure 585348DEST_PATH_IMAGE045
的 深度水平面内的土层的传播速度。
超声波在深度为
Figure 398584DEST_PATH_IMAGE048
的深度水平面内的土层的传播速度能通过现有的检测环境进行 计算获取，测量方便，即使没有裸露部分的既有基桩都能采用本方法进行测定，适用性强。 参照线围绕既有基桩，在基桩的四周形成首尾相连的环形检测圈，通过各段的测量后求平 均的计算方法获取超声波在基桩四周的土层的传播时间，测量范围广，抗干扰强。值得注意 的是，超声波在不同深度水平面的土层内的传播速度随着土层的结构不同会不断变化，所 以每个深度水平面内的超声波传播速度需要重新计算。
本技术方案是所述步骤S4中，各个深度水平面内超声波在土层中的传播速度
Figure 427720DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 730525DEST_PATH_IMAGE043
……
Figure 477901DEST_PATH_IMAGE044
能通过以下步骤获取：S44.通过跨孔超声检测设备测得深度为
Figure 642297DEST_PATH_IMAGE048
的深度水平面上的 任意两条过桩段长度相同且检测线长度不同的声时分别为
Figure 729202DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 468488DEST_PATH_IMAGE050
；通过以下公式：
Figure 437581DEST_PATH_IMAGE051
获得超声波在深度为
Figure 592619DEST_PATH_IMAGE045
的深度水平面内的土层的传播速度。
特定的条件下，深度水平面内的土层的传播速度可以利用两条过桩段长度相同但整体长度不同的检测线进行该深度水平面内超声在土层中的传播速度的计算，这种方法依赖过桩段能被直接测量，需要有足够的基桩裸露部分，但这种检测方法大大简化了超声波在该深度水平面内土层的传播速度的计算过程和准确性。该方案更多适用于深度较小的土层检测。
本技术方案是所述步骤S4中，超声波在基桩中的传播速度
Figure 596347DEST_PATH_IMAGE052
能通过以下步骤获取： S42.选取一靠近地面的深度水平面，深度水平面与地面之间的距离为0.5m-2m，获取超声波 在该深度水平面的土层的传播速度为
Figure 230502DEST_PATH_IMAGE040
和各检测线的声时分别为
Figure 952471DEST_PATH_IMAGE053
、
Figure 707937DEST_PATH_IMAGE015
……
Figure 769434DEST_PATH_IMAGE018
；S43.通过 开挖的方式使该深度水平面的基桩裸露，运用测量工具直接测得该深度水平面的各检测线 的过桩段长度为
Figure 584943DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 544940DEST_PATH_IMAGE054
……
Figure 838518DEST_PATH_IMAGE027
，通过以下公式：
Figure 754522DEST_PATH_IMAGE055
获得超声波在既有基桩中 的传播速度。
超声波在基桩中的传播速度同样可以基于本方法在基桩外设置的检测条件，在现 有检测条件上，先在近地面处选择测量基桩位置，该位置为离地面以下0.5m-2m，这个范围 的意义在于避免了地表疏松泥土层的同时，也方便后续的开挖作业。先进行各检测线和参 照线的声时测量，测量完毕后，利用开挖的方式实测基桩测量位置处的准确参数，从而计算 出超声波在基桩内的传播速度。该速度默认是一个固定值，默认基桩内的整体混凝土结构 一致，所以无论是任何深度水平面下的基桩超声波传播速度
Figure 740932DEST_PATH_IMAGE056
均不变，基桩超声波传播速度
Figure 437493DEST_PATH_IMAGE056
只需计算一次。
本技术方案是检测孔的孔径大小一致且孔深至少比既有基桩的设计桩长下延5m。检测的深度为设计桩长增加不少于5m，其一，深度下延确保了被掩埋的桩身部分能被进行完全扫描，以确保可能存在的不按设计建造的基桩，或各种原因导致基桩下沉等问题出现时，下延深度的孔能提供足够的检测余量，避免达到最低深度时，依然无法完成基桩桩长的检测。土层下的基桩具有隐蔽性，在某一位置受到影响后不可避免地会引起其附近相连的位置发生变化，延长深度一方面不是盲目地增加检测的范围导致耗费工时，另一方面能全面有效地反映基桩的整体，防止对基桩因断裂或分离原因导致的异常增长和加深引起的深度不足，避免检测孔二次钻挖导致的时间损耗，是定量和适量的深度增加。
本技术方案是步骤S31中，在检测孔中埋放硬质套管后，还包括以下步骤：S311.利用测斜仪检测对硬质套管进行检测，根据硬质套管中间通孔的斜率调节硬质套管，使中间通孔竖直向下。进行硬质套管的斜率进行检测有助于确保换能器移动的通道的竖直，减少检测过程带来的误差，稳定超声波的传输，精确每一条检测线和参照线的声时。
本技术方案是步骤S5中，基桩的桩长能通过以下步骤获取：S51.测量基桩裸露部 分的长度记录为
Figure 784029DEST_PATH_IMAGE057
；S52.根据过桩段长度的变化，在换能器从下往上提拉的过程中任意过桩 段的长度不为0且深度减少的过程中超过基桩设计桩长5%的深度范围内持续不为0，或换能 器从上至下移动的过程中任意过桩段为0且在深度增加的过程中超过基桩设计桩长5%的深 度范围内持续为0，记录过桩段长度变化的起始点，测得起始点位置的深度记录为
Figure 554539DEST_PATH_IMAGE058
；S53.基 桩的实际桩长
Figure 711851DEST_PATH_IMAGE059
。
根据公式
Figure 895708DEST_PATH_IMAGE060
，经过变换后得到：
Figure 531089DEST_PATH_IMAGE061
，可知，当过
Figure 969154DEST_PATH_IMAGE062
桩段的长度为0，这表示该深度水平面下，由于基桩不处于该位置，使本来设计 需要过基桩的检测线实质没有经过基桩，反映在跨孔超声仪所测的检测线上的声时只包含 了超声波在土层中的传播声时，因此，通过判断桩径-深度曲线在变得不为0，或突然为0时， 该点的深度可判断为桩底位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本方法对既有基桩所具备的检测条件需求小，方法适用性强，不但能对既有基桩使用，也同时适用于在建基桩。本方法通过在基桩外的地面上钻设多对检测孔，以在基桩外构件检测所需条件的形式避免了检测过程可能对基桩造成的二次损坏。基桩的检测过程可控，能全面地对连续不同深度水平面下的基桩截面进行检测，并量化反映基桩的桩长，获取连续深度下基桩桩径的变化，从而精确判断基桩可能存在的缩径、扩径、断裂等问题，并确定问题出现的具体位置。本方法抗干扰强，通过精确量化的完整性检测数据为基桩的后续维护、加固或拆除提供有力的依据。
附图说明
图1为本发明的方法中基桩及检测孔在地下的结构示意图。
图2为本发明的方法中两组检测对孔的布置示意图。
图3为本发明的方法中检测孔结构示意图。
图4为本发明的方法中三组检测对孔的布置示意图。
图5为本发明的方法中实施例2过桩段长度整合后的过桩段及深度关系曲线图。
图6为本发明的方法中实施例2测量后的检测线声时及深度关系曲线图。
图7为本发明的方法中实施例2根据图5分析推测的基桩变形示意图。
附图标记说明：第一检测孔201，第二检测孔202，第三检测孔203，第四检测孔204，第五检测孔205，第六检测孔206，第一检测线301，第一过桩段311，第二检测线302，第二过桩段312，第三检测线303，第三过桩段313，第一参照线401，第二参照线402，第三参照线403，第四参照线404，第五参照线405，第六参照线406，基桩101，检测孔102，地面103，混凝土砂浆121，硬质套管122，中间通孔123，清水124，土层104，第一位置801，第二位置802，第三位置803，第四位置804。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图2所示，本实施例是一种基于桩外跨孔的既有基桩101完整性检测方法，包括以下步骤：围绕并尽可能靠近既有基桩101，在基桩101四周的地面103上选择地表无阻碍的位置钻挖两组以上的检测对孔。每组检测对孔由两个检测孔102组成，所有的检测孔102竖直向下。通过查阅工程资料获取既有基桩101的设计桩长，检测孔102的孔深超过既有基桩101的设计桩长5m以上，并使任意两个检测孔102在任意深度水平面上的距离相同。
如图1所示，同一组检测对孔在任意深度水平面的连线命名为检测线，检测线过基桩101，检测线过基桩101的部分为过桩段，检测线能分别命名为第一检测线301、第二检测线302……直至第N检测线，同一条检测线在不同深度水平面下的长度一致。而第一检测线301过基桩101的部分，在基桩101截面内的线段命名为第一过桩段311，第二检测线302过基桩101的部分命名为第二过桩段312，同理……第N检测线过基桩101的部分为第N过桩段。在基桩101桩头的位置施工并形成一个平整的施工平面，施工平面至少覆盖需要钻挖检测孔102的位置。施工平面处的基桩101裸露，通过工具直接测量出施工平面处基桩101的桩径为R，设置检测孔102，使检测线的中心过基桩101在施工平面上的截面的圆心，进一步令任意两条相邻的检测线形成的夹角相等。
非同一组且相邻的两个检测孔102在任意深度水平面的连线为参照线，参照线与基桩101不接触。参照线离基桩101的距离应尽量缩短，但不小于0.5倍的检测孔102直径长度。参照线首尾相接，形成围绕基桩101的环形参考。参照线分别命名为第一参照线401、第二参照线402……第N参照线。
如图3所示，按预设的位置钻挖检测孔102，终孔后在检测孔102中埋放硬质套管122，检测孔102为圆孔，所有检测孔102的直径相等且要大于需要埋放的硬质套管122的外径。硬质套管122的内径需要大于换能器的外径，硬质套管122竖直向下。利用测斜仪检测对硬质套管122进行检测，根据硬质套管122的中间通孔123的斜率调节硬质套管122，使中间通孔123保持竖直向下。在硬质套管122的外壁与检测孔102的孔壁之间填充混凝土，具体能采用速干的混凝土砂浆121，使硬质套管122外壁与各个土层104紧密相连，混凝土固化后，在硬质套管122内注满清水124，在检测的过程中持续维持硬质套管122内的清水124处于满水状态。
直接测量每条检测线，第一检测线301对应的长度为
Figure 500630DEST_PATH_IMAGE063
、第二检测线302对应的长度 为
Figure 640624DEST_PATH_IMAGE002
……同理，第N检测线对应的长度为
Figure 610854DEST_PATH_IMAGE003
，每条检测线的长度尽量控制不大于两倍的R。直 接测量每条参照线，第一参照线对应的长度为
Figure 152694DEST_PATH_IMAGE004
、第二参照线对应的长度为
Figure 855071DEST_PATH_IMAGE005
……同理，第N 参照线对应的长度为
Figure 731629DEST_PATH_IMAGE006
。
将与跨孔超声检测设备相连的换能器竖直安装在各个检测孔102的底部，并保持 换能器的超声波接收端和超声波发射端位于同一深度水平面，向上提拉至检测孔102的顶 部，提拉的过程中持续在硬质套管122内补充清水124，采用匀速上升，并按一定的深度间隔 进行采样。测量并记录各深度水平面内，按下往上的深度分别为
Figure 974391DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 636317DEST_PATH_IMAGE065
……
Figure 509595DEST_PATH_IMAGE066
，各个深度下的 深度水平面内，各检测线上测得的声时分别为：第一检测线301在不同深度下的声时
Figure 889761DEST_PATH_IMAGE067
、
Figure 421367DEST_PATH_IMAGE068
……
Figure 937799DEST_PATH_IMAGE069
，第二检测线302在不同深度下的声时
Figure 981979DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 583861DEST_PATH_IMAGE071
……
Figure 434005DEST_PATH_IMAGE072
，……第N检测线在不同深度下的 声时
Figure 54212DEST_PATH_IMAGE073
、
Figure 66030DEST_PATH_IMAGE074
……
Figure 92892DEST_PATH_IMAGE075
；对应的第一过桩段311在不同深度下的长度设为
Figure 481148DEST_PATH_IMAGE076
、
Figure 706593DEST_PATH_IMAGE077
……
Figure 905624DEST_PATH_IMAGE078
，第二过桩 段312在不同深度下的长度设为
Figure 685361DEST_PATH_IMAGE079
、
Figure 611729DEST_PATH_IMAGE080
……
Figure 957260DEST_PATH_IMAGE081
，……第N过桩段在不同深度下的长度设为
Figure 576460DEST_PATH_IMAGE082
、
Figure 577914DEST_PATH_IMAGE083
……
Figure 285801DEST_PATH_IMAGE084
；
各参照线上测得的声时分别为：第一参照线401在不同深度下的声时
Figure 751418DEST_PATH_IMAGE085
、
Figure 541519DEST_PATH_IMAGE086
……
Figure 764690DEST_PATH_IMAGE087
， 第二参照线402在不同深度下的声时
Figure 298440DEST_PATH_IMAGE088
、
Figure 369295DEST_PATH_IMAGE089
……
Figure 64719DEST_PATH_IMAGE090
，……第N检测线在不同深度下的声时为
Figure 40765DEST_PATH_IMAGE091
、
Figure 112626DEST_PATH_IMAGE092
……
Figure 287255DEST_PATH_IMAGE093
；设各个深度水平面内超声波在土层104中的传播速度为
Figure 668427DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 866190DEST_PATH_IMAGE043
……
Figure 7322DEST_PATH_IMAGE044
。各条参照 线的声时为分别为
Figure 36457DEST_PATH_IMAGE087
、
Figure 73684DEST_PATH_IMAGE090
……
Figure 571792DEST_PATH_IMAGE093
，其中
Figure 188718DEST_PATH_IMAGE045
对应深度，
Figure 337940DEST_PATH_IMAGE094
对应参照线的命名。深度为
Figure 546067DEST_PATH_IMAGE045
时，该深度 水平面内超声波在土层104中的传播速度为
Figure 718423DEST_PATH_IMAGE095
。
进一步选取一靠近地面103的深度水平面，深度水平面与地面103之间的距离为 0.5m-2m，使
Figure 935777DEST_PATH_IMAGE045
属于0.5m-2m，获取各检测线的声时分别为
Figure 923194DEST_PATH_IMAGE069
、
Figure 833381DEST_PATH_IMAGE096
……
Figure 289770DEST_PATH_IMAGE075
，其中
Figure 248499DEST_PATH_IMAGE045
对应深度，
Figure 106734DEST_PATH_IMAGE094
对 应检测线的命名。获取深度为
Figure 672975DEST_PATH_IMAGE045
处的超声波在土层104中的传播速度为
Figure 616660DEST_PATH_IMAGE044
，通过开挖的方式， 使深度为
Figure 175818DEST_PATH_IMAGE045
处的基桩101裸露，运用测量工具直接测得该深度水平面的各检测线的过桩段长 度为
Figure 888559DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 78232DEST_PATH_IMAGE054
……
Figure 758481DEST_PATH_IMAGE027
，超声波在既有基桩101中的传播速度为
Figure 121329DEST_PATH_IMAGE097
。
各深度下的各个检测线的过桩段长度为
Figure 688576DEST_PATH_IMAGE061
。测量基桩101 裸露部分的长度记录为
Figure 845888DEST_PATH_IMAGE098
。根据过桩段长度的变化，找到过桩段的长度突然减少后为0或突 然为0的深度位置。
记录为
Figure 701849DEST_PATH_IMAGE058
，基桩101的实际桩长
Figure 353541DEST_PATH_IMAGE099
。
根据同一深度水平面内各个过桩段的长度，分析基桩101截面及桩径的变化，判断基桩101是否在一个深度或多个深度下存缩径、扩径、断裂等问题，并准确判断损坏出现的具体位置和程度，根据经验进一步确定基桩101被掩埋部分是否存在倾斜，结合桩长信息，形成基桩101的完整性测试。
实施例2
如图4所示，本实施例是利用基于桩外跨孔的既有基桩101完整性检测方法测量一待测的既有基桩101，围绕并尽可能靠近既有基桩101，在基桩101四周的地面103上选择地表无阻碍的位置钻挖三组的检测对孔。每组检测对孔由两个检测孔组成，具体为：第一检测孔201、第二检测孔202、第三检测孔203和第四检测孔204、第五检测孔205和第六检测孔206。所有的检测孔竖直向下。通过查阅工程资料获取既有基桩101的设计桩长为15m，检测孔的孔深超过既有基桩101的设计桩长，孔深为20m，任意两个检测孔在任意深度水平面上的距离相同。
第一检测孔201和第四检测孔204为一组，命名为第一检测对孔；第二检测孔202和第五检测孔205为一组，命名为第二检测对孔；第三检测孔203和第六检测孔206为一组，命名为第三检测对孔。第一检测对孔形成第一检测线301，第二检测对孔形成第二检测线302，第三检测对孔形成第三检测线303。第一检测孔201和第二检测孔202形成第一参照线401，第二检测孔202和第三检测孔203形成第二参照线402，第三检测孔203和第四检测孔204形成第三参照线403，第四检测孔204和第五检测孔205形成第四参照线404，第五检测孔205和第六检测孔206形成第五参照线405，第六检测孔206和第一检测孔201形成第六参照线406。同一条检测线在不同深度水平面下的长度一致，而第一检测线301过基桩101的部分，在基桩101截面内的线段命名为第一过桩段311，第二检测线302过基桩101的部分命名为第二过桩段312，第三检测线303过基桩101的部分命名为第三过桩段313。在基桩101桩头的位置施工并形成一个平整的施工平面，施工平面至少覆盖需要钻挖检测孔102的位置。施工平面处的基桩101裸露，通过工具直接测量出施工平面处基桩101的桩径为1m，设置检测孔102，使检测线的中心过基桩101在施工平面上的截面的圆心，进一步令任意两条相邻的检测线形成的夹角相等。参照线与基桩101不接触，参照线首尾相接，形成围绕基桩101的环形参考。
按预设的位置钻挖检测孔102，检测孔102的直径一致，均为150mm。终孔后在检测孔102中埋放4寸长PVC硬质管，PVC硬质管长20.5m。PVC硬质管竖直向下。利用测斜仪检测对PVC硬质管进行检测，根据PVC硬质管的中间通孔123的斜率调节PVC硬质管，使中间通孔123保持竖直向下。在PVC硬质管的外壁与检测孔102的孔壁之间填充混凝土，具体能采用速干的混凝土砂浆121，使PVC硬质管外壁与各个土层104紧密相连，混凝土固化后，在PVC硬质管内注满清水124，在检测的过程中持续维持PVC硬质管内的清水124处于满水状态。
直接测量每条检测线，第一检测线301对应的长度为2m、第二检测线302对应的长度为1.4m、第三检测线303对应的长度为1.4m，第一过桩段311、第二过桩段312和第三过桩段313的长度相等且等于1m。第一参照线401、第三参照线403、第四参照线404和第六参照线406均长0.84m，第二参照线402和第五参照线405均长0.65m。第一检测线301与第二检测线302之间的夹角为60°，第一检测线301与第三检测线303之间的夹角为60°，第二检测线302与第三检测线303之间的夹角为60°。
将与跨孔超声检测设备相连的换能器竖直安装在各个检测孔102的底部，并保持换能器的超声波接收端和超声波发射端位于同一深度水平面，向上提拉至检测孔102的顶部，提拉的过程中持续在硬质套管122内补充清水124，采用匀速上升，并按200mm为一间隔进行采样。
进一步选取一靠近地面103的深度水平面，深度水平面与地面103之间的距离为1.4m，测得第一检测线301的声时为727ms，第二检测线302的声时为438ms，第三检测线303的声时为436ms。
挖开基桩101附近一定深度的泥土，使1.4m处的基桩101裸露，测得该深度下，第一 过桩段311、第二过桩段312、第三过桩段313均为1m，采用公式
Figure 306454DEST_PATH_IMAGE051
获得超声波在该深 度水平面上的土层104传播速度为2073m/s。结合公式
Figure 837929DEST_PATH_IMAGE097
，获得超声波在基 桩101中的传播速度为4120m/s。
采用公式
Figure 977923DEST_PATH_IMAGE041
计算各深度下的各个检测线的过桩段长度。 整合后如图5所示，图5为过桩段随深度变化而变化，从曲线的第一位置801可知，离地面 1039mm处桩身出现缩径，收缩212mm；从曲线的第二位置802可知，离地面10312mm处桩身出 现扩径，扩展234mm；从曲线的第三位置803可知，离地面10314.6mm处为桩底，即
Figure 682574DEST_PATH_IMAGE100
，基 桩101完裸露桩头为0.2m，实际桩长为14.8m。如图6所示，声时的波动变化与过桩段的变化 重合。
进一步分析，如图5所示，第四位置804处，离地面1033.4mm至5200mm这一范围内，第一检测线301稳定，而第二检测线302和第三检测线303长度明显减少。之后三条检测线恢复常态，判断离地面1033.4mm至5200mm这一范围内可能出现基桩101的变形，如图7所示，变形突出处倾向第一检测线301所在的方向上，由于位置的变动，导致第二检测线302和第三检测线303不再偏离圆形，所以第二过桩段312和第三过桩段313减少。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.围绕既有基桩，在既有基桩周围的地面上钻挖两组以上的检测对孔，每组检测对孔由两个检测孔组成；所有的检测孔竖直向下且深度大于既有基桩的设计桩长，任意两个检测孔在任意深度水平面上的距离相等；
S2.同一组检测对孔在任意深度水平面的连线为检测线，所述检测线的中心过基桩某 一截面的圆心，任意两条相邻的检测线形成的夹角相等，分别命名为：第一检测线、第二检 测线……第N检测线且对应的长度分别为
Figure 304100DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 779073DEST_PATH_IMAGE002
……
Figure 13745DEST_PATH_IMAGE003
；同一深度水平面内，第一检测线、第二 检测线……第N检测线过基桩的线段分别为：第一过桩段、第二过桩段……第N过桩段；非同 一组且相邻的两个检测孔在任意深度水平面的连线为参照线，参照线与基桩不接触，参照 线分别为：第一参照线、第二参照线……第N参照线且参照线对应的长度分别为
Figure 231100DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 172511DEST_PATH_IMAGE005
……
Figure 817119DEST_PATH_IMAGE006
；
S3.将跨孔超声检测设备的换能器安装在各个检测孔的底部，保持换能器的超声波接 收端和超声波发射端位于同一深度水平面，向上提拉至检测孔的顶部，测量并记录各个深 度水平面的深度分别为
Figure 289820DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 45286DEST_PATH_IMAGE008
……
Figure 903521DEST_PATH_IMAGE009
，
各检测线上测得的声时分别为：第一检测线在不同深度下的声时
Figure 656713DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 600398DEST_PATH_IMAGE011
……
Figure 674402DEST_PATH_IMAGE012
，第二检 测线在不同深度下的声时
Figure 387144DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 576816DEST_PATH_IMAGE014
……
Figure 742219DEST_PATH_IMAGE015
，……第N检测线在不同深度下的声时
Figure 839488DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 688626DEST_PATH_IMAGE017
……
Figure 845938DEST_PATH_IMAGE018
； 对应的第一过桩段在不同深度下的长度设为
Figure 701898DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 602858DEST_PATH_IMAGE020
……
Figure 555771DEST_PATH_IMAGE021
，第二过桩段在不同深度下的长 度设为
Figure 133252DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 273246DEST_PATH_IMAGE023
……
Figure 915580DEST_PATH_IMAGE024
，……第N过桩段在不同深度下的长度设为
Figure 457420DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 222113DEST_PATH_IMAGE026
……
Figure 52666DEST_PATH_IMAGE027
；
各参照线上测得的声时分别为：第一参照线在不同深度下的声时
Figure 46161DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 708086DEST_PATH_IMAGE029
……
Figure 378102DEST_PATH_IMAGE030
，第二参 照线在不同深度下的声时
Figure 492689DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 742404DEST_PATH_IMAGE032
……
Figure 242525DEST_PATH_IMAGE033
，……第N检测线在不同深度下的声时
Figure 349021DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 950904DEST_PATH_IMAGE035
……
Figure 738731DEST_PATH_IMAGE036
；
S4.获取超声波在基桩中的传播速度
Figure 109670DEST_PATH_IMAGE037
和各个深度水平面内超声波在土层中的传播速 度
Figure 137800DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 226978DEST_PATH_IMAGE039
……
Figure 552917DEST_PATH_IMAGE040
，通过公式：
Figure 778362DEST_PATH_IMAGE041
获取不同深度水平面下各过桩段的变化；
各个深度水平面内超声波在土层中的传播速度
Figure 492241DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 58263DEST_PATH_IMAGE042
……
Figure 187893DEST_PATH_IMAGE040
能通过以下步骤获取：
S41.通过跨孔超声检测设备测得深度为
Figure 533424DEST_PATH_IMAGE043
的深度水平面上的各条参照线的声时分别为
Figure 152624DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 950816DEST_PATH_IMAGE033
……
Figure 884137DEST_PATH_IMAGE036
；通过以下公式：
Figure 834906DEST_PATH_IMAGE044
获得超声波在深度为
Figure 625008DEST_PATH_IMAGE043
的深度水平面内的土层的传播速度；
超声波在基桩中的传播速度
Figure 910496DEST_PATH_IMAGE037
能通过以下步骤获取：
S42.选取一靠近地面的深度水平面，深度水平面与地面之间的距离为0.5m-2m，获取超 声波在该深度水平面的土层的传播速度为
Figure 178666DEST_PATH_IMAGE040
和各检测线的声时分别为
Figure 436472DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 646742DEST_PATH_IMAGE015
……
Figure 685105DEST_PATH_IMAGE045
；
S43.通过开挖的方式使该深度水平面的基桩裸露，运用测量工具直接测得该深度水平 面的各检测线的过桩段长度为
Figure 491387DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 869279DEST_PATH_IMAGE024
……
Figure 735604DEST_PATH_IMAGE027
，通过以下公式：
Figure 11996DEST_PATH_IMAGE046
获得超声波在既有基桩中的传播速度；
S5.根据同一深度水平面内各过桩段的长度能反映基桩截面及桩径的信息，结合不同深度下各过桩段的长度变化能获取基桩的实际桩长以及桩径的变化量和变化位置，对既有基桩进行完整性检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，将跨孔超声检测设备的换能器安装在各个检测孔的底部前，还包括以步骤：
S31.钻挖检测孔终孔后，在检测孔中埋放硬质套管，硬质套管的内径大于换能器的外径，硬质套管竖直向下；
S32.埋入硬质套管后，在硬质套管的外壁与检测孔的孔壁之间填充混凝土，使硬质套管外壁与各个土层紧密相连；
S33.所述硬质套管内注满清水，并持续维持硬质套管内处于满水状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法，其特征在于， 所述步骤S4中，各个深度水平面内超声波在土层中的传播速度
Figure 621969DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 854367DEST_PATH_IMAGE042
……
Figure 157172DEST_PATH_IMAGE040
能通过以下步 骤获取：
S44.通过跨孔超声检测设备测得深度为
Figure 904548DEST_PATH_IMAGE043
的深度水平面上的任意两条过桩段长度相同 且检测线长度不同的声时分别为
Figure 567480DEST_PATH_IMAGE047
和
Figure 451122DEST_PATH_IMAGE048
；通过以下公式：
Figure 128091DEST_PATH_IMAGE049
获得超声波在深度为
Figure 97184DEST_PATH_IMAGE043
的深度水平面内的土层的传播速度。
4.根据权利要求1所述的一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法，其特征在于，所有检测孔的孔径大小一致且孔深至少比既有基桩的设计桩长下延5m。
5.根据权利要求2所述的一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法，其特征在于，步骤S31中，在检测孔中埋放硬质套管后，还包括以下步骤：
S311.利用测斜仪对硬质套管进行检测，根据硬质套管的中间通孔的斜率调节硬质套管，使中间通孔竖直向下。
6.根据权利要求1所述的一种基于桩外跨孔的既有基桩完整性检测方法，其特征在于，步骤S5中，基桩的桩长能通过以下步骤获取：
S51.测量基桩裸露部分的长度记录为
Figure 314539DEST_PATH_IMAGE050
；
S52.根据过桩段长度的变化，在换能器从下往上提拉的过程中任意过桩段的长度不为 0且深度减少的过程中超过基桩设计桩长5%的深度范围内持续不为0，或换能器从上至下移 动的过程中任意过桩段为0且在深度增加的过程中超过基桩设计桩长5%的深度范围内持续 为0，记录过桩段长度变化的起始点，测得起始点位置的深度记录为
Figure 68999DEST_PATH_IMAGE051
；
根据公式
Figure 916870DEST_PATH_IMAGE052
，经过变换后得到：
Figure 638838DEST_PATH_IMAGE041
，可知，当过
Figure 394304DEST_PATH_IMAGE053
桩段的长度为0，这表示该深度水平面下，由于基桩不处于该位置，使本来设计 需要过基桩的检测线实质没有经过基桩，反映在跨孔超声仪所测的检测线上的声时只包含 了超声波在土层中的传播声时，因此，通过判断桩径-深度曲线在变得不为0，或突然为0时， 该点的深度可判断为桩底位置；
S53.基桩的实际桩长
Figure 986960DEST_PATH_IMAGE054
。
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