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或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，检测线过基桩，分别为：第一检测线、第二检测线……第N检测线且对应的长度分别为L₁、L₂……L_n；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l₁、l₂……l_n；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：h₁、h₂……h_m下，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：T₁₁、T₁₂……T_1m、第二检测线在不同深度下的声时：T₂₁、T₂₂……T_2m，……第N检测线在不同深度下的声时为T_n1、T_n2……T_nm；对应的第一过桩段在不同深度下的长度设为：D′₁₁、D′₁₂……D′_1m，第二过桩段在不同深度下的长度设为：D′₂₁、D′₂₂……D′_2m，……第N过桩段在不同深度下的长度设为：D′_n1、D′_n2……D′_nm；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为t₁₁、t₁₂……t_1m、第二参照线在不同深度下的声时为：t₂₁、t₂₂……t_2m，……第N检测线在不同深度下的声时为t_n1、t_n2……t_nm；S4.获取超声波在基桩中的传播速度V_Z和各个深度水平面内超声波在土层中的传播速度v_c1，v_c2……v_cm，通过公式：D′_nm＝V_z×(T_nm×v_cm-L_n)/(v_cm-V_z)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v_c1，v_c2……v_cm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m的深度水平面上的各条参照线的声时为t_1m、t_2m……t_nm；通过以下公式：获得超声波在深度为m的深度水平面内的土层的传播速度。

超声波在深度为m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。参考线围绕既有基桩，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v_c1，v_c2……V_cm能通过以下步骤获取：S42.通过跨孔超声检测设备测得深度为m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：T_am和T_bm；通过以下公式：获得超声波在深度为m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V_Z能通过以下步骤获取：S43.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0.5-2m，获取超声波在该深度水平面的土层的传播速度为v_cm和各检测线的声时T_1m、T_2m……T_nm；S44.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D′_1m、D′_2m……D′_nm，通过以下公式：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0.5-2m，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V_z均不变，基桩超声波传播速度v_z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L′_s；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L′_x；。S53.基桩的实际桩长L′＝L′_s+L′_x。

根据公式经过变换后得到：D′_nm＝V_z×(T_nm×v_cm-L_n)/(v_cm-V_z)，可知，当过T_nm×v_cm＝L_n时，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。这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。