第43卷第13期山西建筑Vd. 43 No. 13
2 0 1 7 年5 月SHANXI ARCHITECTURE May. 2017 • 47 •文章编号：1009-6825 (2017) 13-0047-03
刘宏翔杜二霞#
(河北大学建筑工程学院，河北保定〇710〇2)
摘要：通过对测法记录了不同龄期不同应力状态下混凝土试块的声速值，分析了超声波波速随混凝土龄期的变化规律，并建立 了超声波波速与应力之间的回归曲线，预测了超声波检测技术的发展趋势。
关键词：混凝土，超声波检测，应力，回归曲线
中图分类号:TU317
〇引言
近年来，随着社会经济的提升，建筑行业正处于飞速发展的 阶段。为了解决资源开发、交通运输以及满足人们的居住舒适性，越来越多的高速公路、铁路、桥梁、高层建筑、地下工程等在不 断地建设。而在
整个建筑工程中，建筑材料质量的好坏直接影响 到整体建筑的质量，为了预防建筑材料内部的缺陷，使工程在施 工及运行中具备安全稳定性，应使用科学合理的检测技术来进行 缺陷检测。
建筑的核心材料是混凝土。目前对混凝土内部缺陷的存在、大小、位置和性质进行无损检测的手段大体可分为两大类：一类 是机械波法，其中包括超声脉冲波、冲击脉冲波和声发射等；另一 类是穿透辐射法[1]。穿透辐射法对于非匀质的混凝土的穿透能 力有限，而超声波对于检测混凝土的穿透能力强，测试速度快，操 作简单，作业安全，所以被广泛使用于混凝土的缺陷检测中。
性地进行加固。对混凝土结构薄弱环节进行加固的目的是保证 单元在地震时不发生破坏。依据国家现行的规范标准的要求，在 地震发生时，允许部分结构单元出现破坏，但整体楼层必须具备 抗震能力。在抗震加固中，如果对每个薄弱单元均进行加固处理，这种做法虽然会使薄弱单元以及整个薄弱楼层的抗震能力得 到提升，但是由于建筑结构本身已经达到了抗震设防标准要求，所以会造成不必要的加固成本支出。同时，这种做法还会增加楼 层荷载，对未加固处理的单元刚度分布造成一定程度影响。因此，在加固建筑结构的薄弱楼层时，只需要加固薄弱单元即可。 在地震作用下，建筑薄弱单元的破坏顺序是不同的，最先出 现塑性铰的单元为抗震能力最差的单元，在该单元出现破坏后会 加速其他单元的破坏，所以必须先对该单元进行抗震加固，保证 其达到抗震要求。此外，在单元加固中，要先加固薄弱剪力墙，而 后加固薄弱框架，从最弱的抗震能力单元进行加固，直至整个薄 弱楼层达到抗震设防标准要求。文献标识码:A
1理论基础
超声波法的基本原理是超声仪按一定频率不断的重复激发
发射换能器发射超声脉冲波，超声波脉冲经过混凝土介质中的传
播被接收换能器接收，接收换能器将接收到的携带混凝土力学性 能、材料组成、有无缺陷等信息的超声波转换成电信号传给超声 仪，超声仪处理后，转换成声学参数（声时、声速、振幅、频率以及
波形）显示在液晶显示器上。准确测定并处理这些声学参数，我
们可以了解到混凝土的性能及其他相关的质量信息[2’3]。
2实验研究目的
利用万能试验机对混凝土试块单轴竖向施加荷载，通过超声
波检测仪检测混凝土结构在不同龄期不同应力状态下超声波波
速的变化，分析混凝土的超声波波速随龄期的变化规律，建立不
同工作应力状态下超声波波速与应力之间的回归曲线，为在役混
凝土检测提供参考。利用回归曲线进行超声检测能快速、准确地
3结语
在混凝土结构中不可避免地会存在一些薄弱环节，正常使用 中，这些薄弱环节一般不会出现问题，但如果受到地震荷载作用，
薄弱环节将会被严重破坏，由此会对结构的整体稳定性造成影 响。为此，应当对混凝土结构的薄弱环节进行分析，并以此为依据,
选择抗震加固方式，从而达到提高混凝土结构抗震性能的目的。
参考文献：
[1]李赞，李龙龙.型钢与混凝土组合梁柱结构的应用与深化
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[2]张宇，李宏男，李钢.既有钢筋混凝土结构抗震设防目
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[3]高燕青，张春生，丁亚红.钢筋混凝土结构体系抗震加固技
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[4]康凌.钢筋混凝土结构抗震加固浅析[J].科技创新导报，
2014(4) :98-99.
On analysis of weak steps of concrete structures and seismic consolidation approaches
Cui Xuan
(Shangluo College,Shangluo126000, China)
Abstract ：The paper analyzes the stress status of the concrete structure unit under various seismic effects, introduces the judgment methods for the weak steps of the concrete structures, and illustrates the seismic consolidation of the weak parts, so as to improve the seismic performance of the concrete structure.
Key words：concrete structure, weak part, seismic consolidation, stress status
收稿日期=2017-02-24
作者简介：刘宏翔（1998-)，男，学生
通讯作者：杜二霞（1976-)，女，讲师
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2 〇1 7年5月山西建筑
八个回归模型对应力和超声声速进行回归分析，建立对应
的回归方程。通过对各类回归方程及相关度比较可以得知，线性
函数和二次多项式两个模型的拟合效果最好，可以将这两个模型
用于研究声速与应力的关系。所得到的C20混凝土回归方程:
1)线性函数：〇■ = 327.886 - 69.423F;2)二次多项式函数:〇■=
-1 619.475 + 800.380F- 98.435F2。其拟合曲线如图 3，图 4
所示。
-3 MPa
-6 MPa
-9 MPa
-12 MPa
-15 MPa
图2 C20混凝土不同应力状态声速随龄期变化曲线
4.45 4.50 4.55 4.60 4.65 4.70
声速/km.s_l
■应力—线性函数
图3线性函数拟合曲线
5.00 5.05 5.10 5.15 5.20 5.25 5.30
声速/km.s_l
■应力—二次多项式
图4二次多项式函数拟合曲线
6测验结论
1) 从图2中可以看出C20混凝土声速值范围为4.06 km/s~
4.90 km/s〇
2) 从图2中可以看出在同一应力水平下，混凝土试块超声波
波速值随着龄期有所增长，在早期，声速增长较快，28 d以后，声
波速值偏高。随着龄期的增长，含水率降低，水化作用形成微小
孔隙，影响超声波波速，超声波波速无法大幅度地提高，增长
缓慢。
3)同一龄期的混凝土的超声波速，随着应力的增长，波速降
低。这是因为随着荷载增大，混凝土内部开始出现损伤，产生空
隙，裂缝逐渐贯通，超声波在空气中的传播速度比在固体中的低，
而且超声波经过固体和气体交界面时，会发生反射或绕射，所以
降低了超声波速。
7发展趋势
在我国的建筑工程中，超声波在探测混凝土的强度以及内部
缺陷等应用得越发广泛，如超声波检测在我国云南漫湾的应用
中，取得了良好的经济效益[4]；超声波对互通式立交桥中腹板混
凝土的检测让工程达到安全可靠性[5]。在基础的低应变检测过
程中，利用声速和应力的回归方程，测得声速后，即可根据公式推
断出相对的应力，从而作为低应变检测的一个可靠的基本数据;
为了预防桥梁的疲劳破坏，可以通过超声波检测桥梁在每天行车
过程中声速的变化规律，通过建立声速与应力的回归方程来避免
某个时间段内应力的连续反复作用。
随着高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构的发
展，一种新的建筑材料即高强混凝土将被广泛应用，高强混凝土
具有抗压强度高，抗震性能好等优点，因此对于高强混凝土的超
声波检测具有重要意义。因高强混凝土内部较为密实，跟普通混
发现混凝土中存在的缺陷，及时对建筑物的安全进行评价，并为处 理病险工程提供科学依据。
3实验仪器和混凝土试块参数
本实验采用的仪器包括无锡建仪仪器机械有限公司制造的 TYE-3000型压力试验机以及由北京智博联科技有限公司生产的 ZBL-U520/510非金属超声波检测仪。水泥是河北太行水泥股份 有限公司的P.042. 5普通硅酸盐水泥，细骨料是河北省保定市满 城县售卖的天然河砂，粗骨料是河北省保定市满城县售卖的天然 碎石，最大粒径40 mm，最小粒径5 mm，外加剂为聚竣酸高性能减 水剂。混凝土的设计强度为C20，配合比为：水胶比0. 509，水泥 442 kg，砂 661.7 kg，石子 992. 5 kg，水 225 kg，减水剂 2. 21。混凝 土试块尺寸为150 m m X 150 m m X 150 m m，试模采用钢模。
4测验步骤
4.1 清理编号
测试面为混凝土试块浇筑面的两个侧面，将测试面清理擦拭 干净，并对混凝土试块编号。
4.2布点画线
超声波测试法采用“对测”，在两个相对的测试面上画出相对 应的两个测点，测点布置在上、中两个位置，避免不同测距对结果 的影响，超声测点布置见图1。
浇筑面
图1超声测点布置示意图
4.3涂搞合剂
为了便于区分不同的测点，采用凡士林、黄油两种耦合剂，一 台超声仪的换能器通过黄油与测点耦合，另一台超声仪的换能器 通过凡士林与测点耦合。每对换能器与测点耦合时，应保证发射 器和换能器的轴线始终在同一直线上，以避免不同测距对实验数 据带来的影响。
5数据分析
在连续均匀加载的过程中，对于C20混凝土试块在所加荷载 达到3 MPa,6 MPa,9 MPa,12 MPa,15 MPa时进行测试。测试采 样上、中两点处的超声波速(精确至〇.〇〇〇 1km/S)，取平均值，保 留小数后两位有效数字。计算公式如下：
Vi+ v2
V=—2—°
其中，为试件混凝土声速代表值，精确至0.01 km/s;^，t)2分 别为测点上、中两处的混凝土声速值，精确至〇.〇1km/S。
通过采集每个测试龄期中C20混凝土试块在单轴竖向压力 下的应力达到3 MPa,6 MPa,9 MPa,12 MPa,15 MPa时五种应力 状态下的超声波波速F，分析波速随龄期的变化规律，如图2 所示。
对试验数据进行初步分析后，为了更准确的到应力与声速 之间的关系，本实验采用拟合效果非常好的专用数据处理工具---〇rigin9. 0软件分别按照幕函数〇•= 、线性函数〇•= 4 + SF、二次多项式 〇■=4+ SF+ CF*12、三次多项式 〇•= 4+ SF+ CF2 + W3、指数函数 〇■d B'o" =4 -BC'o"= 〇■… +°| /
§
第43卷第13期 山 西建筑
Vd. 43 No. 13
2 0 1 7 年 5 月
SHANXI ARCHITECTURE
May. 2017
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•岩土工程•地基基础.文章编号：1009-6825 (2017) 13-0049-03
既有建筑下增层开挖排桩支护体系研究+
程元晖1胡立锋1谢征兵2刘念武2
(1.绍兴市柯桥区建设工程安全质量监督站，浙江绍兴312030; 2.浙江理工大学建工学院，浙江杭州310018)
摘要：总结分析了既有建筑增层开挖与新建基坑开挖的差异，针对既有支护结构在增层开挖过程中会出现承载力不足的问题, 提出通过补入新增支护结构形成双排桩组合支护体系，并阐述了双排桩支护体系的施工工序、类型与受力特性，指出在增层开挖 工程中应当保留既有支护结构，合理利用既有基础结构作为支撑，并根据开挖深度和现场环境选取合适的排桩分布类型。关键词：既有建筑，增层改造，双排桩，受荷性状
中图分类号:TU473.1
〇引言
随着国家城镇化水平的不断提高，人口膨胀、生存空间拥挤、 生态失衡等因素已严重制约城市的健康发展。城市空间在向平 面扩展受限的条件下，开发地下空间具有明显的资源优势，对既 有地下空间进行二次开发利用是城市健康发展的需要，也是城市 进步的必然选择[1]。
对既有建筑进行下挖改造涉及到基坑的维护，在增层过程中 既有的支护结构难以满足设计要求，通过对既有支护结构进行补 强加固来提高整体稳定性。当既有支护结构与新建支护结构都 为排桩支护时，两者形成双排桩组合支护结构。双排桩支护结构 的优点明显：
1) 结构整体侧向刚度大，对基坑周围环境影响小。2) 可适用于深基坑。
加固显示器
3)
组合类型多，前后排桩可以根据实际工程需要组合成不同 的支护形式。
当前对双排桩的研究主要集中于桩排间距、桩长、桩顶约束 状况等因素对支护结构的影响。其中，王星华等[2]基于有限元研
究分析，得出双排桩最优桩排间距为~4rf 。李立军[3]通过有限 元分析桩长对双排桩支护结构的影响，得出改变前排桩桩长对支 护结构的影响显著。高印立[4]，曾庆义等[5]从理论上分析圈梁对凝土的声速值将不再相同，故建立高强混凝土的声速与应力的回 归曲线对未来建筑结构的工作具有指导意义。参考文献：
[1] 韩
林，孙超，王寓.超声波技术在检测混凝土缺陷中
的应用[J ].城市道桥与防洪,2011,7(7) :278.
[2] 余红发.混凝土非破损测强技术研究[M].北京：中国建材
工业出版社，1999.
文献标识码:A
支护结构的影响，结果表明，圈梁可明显增大支护结构的侧向刚 度，起到协调分配桩顶的受力作用。
具体到实际的改造工程，吴铭炳等[〜7]通过对已建基坑支护 桩进行补强加固来提高基坑的稳定性，完成增层改造工作。Fang 等[8]通过有限元研究了增层开挖中的双排支护墙工作性状。现 有的增层案例和理论分析较少，导致增层工程的基坑维护技术亟 待突破。本文通过分析增层开挖与新建基坑开挖的差异性，总结 了双排桩组合支护体系的工作特性。
1增层开挖与新建基坑开挖的差异
新建基坑开挖与增层开挖的示意图如图1，图2所示，两者的
差异主要有：
1)
增层开挖的对象为既有服役状态下的桩基，桩周土体的移 除会导致桩基承载性状发生改变；2)
服役状态下的桩基对基坑产生加固作用，可以提高基坑的 稳定性；
3) 新支护结构与既有支护结构之间形成双排桩组合支护结 构，两者协调工作；
4)
既有建筑底板作为围护结构的支撑，可以有效地减小基坑
变形。当既有建筑处于建筑密集区域时，不仅要考虑到基坑内部 建筑的稳定性还应当考虑基坑周围建筑的稳定性。因此既有支护
[3] Jones R,Fa ca oaru I . Recommendations for testing concrete by
the ultrasonic pulse method [ J ]. Materiaux Et Constructions, 1969,2(4) ：275-284.
[4] 王国滢.超声波检测技术在漫湾的应用[J ].云南水电技术，
1996(1) ：41-44.[5] 韩林，孙超，王寓•超声波技术在检测混凝土缺陷中
的应用[J ].城市道桥与防洪，2011，7(7):278-279.
Experimental analysis of the ultrasonic testing for concrete stress
Liu Hongxiang Du Erxia*
{College of Building Engineering , Hebei University , Baoding 071002, China )
Abstract ： The authors record the ultrasonic wave velocity of concrete in different stress conditions and different ages using counter measure method. Then the authors analyze the variation of ultrasonic wave velocity with the age of concrete. On this basis, the regression curve between ultrasonic wave velocity and working stress is established and the development trend of ultrasonic detection technology is predicted.Key words ： concrete, ultrasonic testing, stress, regression curve
收稿日期=2017-02-25 ★：浙江省科技厅公益技术研究项目（2014C31G2060052)作者简介：程元晖（1983-)，男，工程师
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