淺析低應(yīng)變基樁檢測(cè)技術(shù)

傅 強(qiáng) 劉立萍

（浙江，金華 321000）

引言

隨著我國(guó)橋梁和高層建筑的發(fā)展，樁基工程越來越多的作為一種常用的基礎(chǔ)形式而被廣泛采用，目前國(guó)內(nèi)外一般首選的是應(yīng)力波反射法（錘擊波動(dòng)法）、聲波透射法其中由于低應(yīng)變法方法測(cè)試快速、簡(jiǎn)單等特點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛。本文首先敘述低應(yīng)變反射波法的發(fā)展及其基本原理及其具體實(shí)施步驟，并根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)提出了作者認(rèn)為現(xiàn)行方法中的不足及可能的解決方法。

1 基本原理和假設(shè)

低應(yīng)變法現(xiàn)已普遍用于檢測(cè)混凝土橋樁的樁身完整性，判定樁身是否存在缺陷、缺陷的程度及其位置。經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)形成較為成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。其基本原理低應(yīng)變反射波法是以一維彈性桿平面應(yīng)力波波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的。將樁身假定為一維彈性桿件（樁長(zhǎng)>>直徑），在樁頂錘擊力作用下，產(chǎn)生一壓縮波，沿樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯的波阻抗Z變化界面時(shí)，將產(chǎn)生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z變化決定。安裝在樁頂上的傳感器，將接收到來自樁身各個(gè)波阻抗Z變化界面處反射上來的信息，經(jīng)接受放大、濾波和數(shù)據(jù)處理根據(jù)這些信息，可對(duì)樁身完整性質(zhì)量進(jìn)行分析判斷。

2 檢測(cè)實(shí)施過程

2.1 資料的收集及現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集

為更好地對(duì)樁的質(zhì)量進(jìn)行分析和判斷，在測(cè)試前應(yīng)收集包括以下各項(xiàng)資料:

2.1.1 必須對(duì)測(cè)試工地的有關(guān)資料進(jìn)行全面的收集和了解，其中包括收集工地的地質(zhì)資料，查閱巖土的物理力學(xué)指標(biāo)，弄清土層的分布和走向，特別要了解在基樁長(zhǎng)度范圍各地層的含水量、孔隙比、壓縮模量、容重、內(nèi)摩擦角、地基承載力以及側(cè)摩阻力和端阻力的建議值。

2.1.2 應(yīng)查閱本工程樁的施工資料，詳細(xì)了解樁的施工順序，核準(zhǔn)樁機(jī)型號(hào)、落距和貫入度。

2.1.3 應(yīng)了解混凝土的配合比，鋼材的規(guī)格，鋼筋籠的長(zhǎng)度，水泥、骨料規(guī)格以及試塊的抗壓強(qiáng)度，并參閱測(cè)試樁的充盈系數(shù)，塌落度和齡期等。

2.1.4 應(yīng)查閱基樁施工記錄，特別應(yīng)了解工地內(nèi)基樁施工過程中曾出現(xiàn)的事故及事故處理過程。

2.1.5 應(yīng)收集工地在施工過程中進(jìn)行井徑和沉渣測(cè)試的資料，以便分析樁的擴(kuò)徑和縮頸與地層和施工的關(guān)系。

2.2 信號(hào)分析處理

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的時(shí)域波形雖然存在不同程度的干擾，但其仍舊是不可替代的原始資料，因此，對(duì)其進(jìn)行分析和判斷，是室內(nèi)資料處理過程中較為重要的一步。

3 要點(diǎn)分析

3.1 樁頭處理

在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集工作中，樁頭的處理是測(cè)試成功的第一關(guān)鍵，但在大多情況下，很多測(cè)試人員忽略了這一點(diǎn)。由于施工的原因，往往樁頭部分有素混凝土（浮漿），這層浮漿雜質(zhì)多，有許多小蜂窩、強(qiáng)度低，對(duì)應(yīng)力波傳播衰減很快，使應(yīng)力波不能沿樁身向下傳播，所測(cè)得的時(shí)域波形不能反映樁的其實(shí)情況。有些測(cè)試人員忽略了對(duì)樁頭的處理，直接就在素混凝土（浮漿）上進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果無論怎么改變傳感器以及傳感器的安裝，無論怎么改變振源，測(cè)試信號(hào)都不理想，往往在測(cè)試信號(hào)的淺層部位存在較嚴(yán)重的反向脈沖。一般情況下，樁頭應(yīng)為達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的有效樁頭，必須鑿去表面浮漿，處理到有新鮮含骨料的混凝土為止，且樁頭不能破碎，含水，不能有雜物，要盡量保證樁頭干凈，平整。測(cè)點(diǎn)必須用電動(dòng)砂輪打磨，以便安裝傳感器，測(cè)點(diǎn)處不得留有任何缺陷，測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)位于距樁心2/3倍半徑左右，有利于傳感器的安裝和力棒的錘擊。以消除表面波對(duì)所采集信號(hào)的干擾，這點(diǎn)對(duì)大直徑樁(樁身直徑大于0.80m)顯得尤為重要。

3.2 傳感器的選擇與安裝

傳感器是基樁反射波檢測(cè)中最基本的重要測(cè)試元件之一，它直接與被測(cè)樁相連接，將機(jī)械振動(dòng)參量換成電信號(hào)，它的性能參數(shù)的好壞，直接影響到轉(zhuǎn)換電信號(hào)的數(shù)據(jù)是否真實(shí)地反映樁本身的反射信息。傳感器與被測(cè)樁之間，應(yīng)剛性接觸為一整體，這樣的傳遞特性為最佳，測(cè)試的信號(hào)也越接近樁體表面的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。傳感器的頻率響應(yīng)特性應(yīng)能滿足不同的測(cè)試對(duì)象、不同測(cè)試目的的需要。當(dāng)檢測(cè)長(zhǎng)樁的樁端反射信息或深部缺陷時(shí)，應(yīng)選擇低頻性能好的傳感器；當(dāng)檢測(cè)短樁或樁的淺部缺陷時(shí)，應(yīng)選擇加速度器或?qū)掝l帶的速度傳感器。對(duì)實(shí)心樁的測(cè)試，傳感器安裝位置宜為距樁心2/3～3/4半徑處；對(duì)空心樁的測(cè)試，錘擊點(diǎn)與傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成90°夾角，傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。對(duì)于直徑在600mm以上的鉆孔（人工挖孔）灌注樁，應(yīng)放置2-3個(gè)傳感器，有條件時(shí)在樁上分別放置高阻尼加速度計(jì)及速度傳感器，通過對(duì)多重信號(hào)的對(duì)比分析，增加信號(hào)分析的準(zhǔn)確性。

3.3 激振錘與錘擊點(diǎn)的選擇

反射波法測(cè)樁時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備幾種錘頭，對(duì)長(zhǎng)大樁測(cè)試一般應(yīng)當(dāng)用力棒或大鐵球或擊振，其重量大、能量大、脈沖寬、頻率低、衰減小，適宜于樁底及深部缺陷的檢測(cè)，樁底及深部缺陷的信號(hào)反射較強(qiáng)烈。但由此很容易代來淺層缺陷和微小缺陷的誤判和漏判。當(dāng)根據(jù)信號(hào)發(fā)現(xiàn)淺層部位異常時(shí)，建議用小釘錘或鋼筋進(jìn)行擊振，因其重量小、能量小、脈沖窄、頻率高，可較準(zhǔn)確的確定淺層缺陷的程度和位置。

經(jīng)常有測(cè)試人員拿把小錘去測(cè)長(zhǎng)大樁，并反映很難測(cè)到樁底反射。按以上的原理，這樣的測(cè)法是不正確的。由于小錘重量小、能量小、脈沖窄、頻率高、衰減快，因此信號(hào)在樁身中傳播有可能未到樁底就衰減完或即使傳到樁底反射回來的信號(hào)也很微弱極難分辨。由此可見，用小錘測(cè)長(zhǎng)大樁，并想得到樁底反射，大多數(shù)情況下是很困難的。另外，敲擊質(zhì)量的高低將直接影響到測(cè)試結(jié)果的優(yōu)劣，要由經(jīng)驗(yàn)豐富的熟練工人來操作。在激振過程中要求落錘盡量垂直，有利于抑制質(zhì)點(diǎn)的橫向振動(dòng)；激振時(shí)盡可能短，并不要連激，防止后繼波的干擾；激振能量要適中，頻譜成份的主頻與樁身的形狀、材料的物理性質(zhì)相適配，以使應(yīng)力波得到最佳的傳播。

4 低應(yīng)變反射波法的局限性與改進(jìn)分析

在實(shí)際工程檢測(cè)中，利用測(cè)得反射波曲線信號(hào)準(zhǔn)確地判斷樁身質(zhì)量，排除工程隱患，對(duì)基樁的質(zhì)量評(píng)價(jià)是至關(guān)重要的。但工程中經(jīng)常出現(xiàn)對(duì)樁基檢測(cè)結(jié)果的誤判，致使工程技術(shù)人員對(duì)該種檢測(cè)方法的可靠性提出質(zhì)疑。低應(yīng)變存在的一系列局限性，導(dǎo)致檢測(cè)的不確定度高，需要人為掌握的尺度多，所以在得不到解決的時(shí)候，其結(jié)果會(huì)令人難以接受。

對(duì)長(zhǎng)徑比超過一定限度的樁、極淺部或太小的缺陷，低應(yīng)變反射波法無法正確測(cè)量。高頻信號(hào)傳不下去，測(cè)試范圍有限，低頻信號(hào)分辨率不夠，容易漏判缺陷等等。對(duì)此必須加以改進(jìn)。

檢測(cè)過程中對(duì)分析結(jié)果的影響因素較多，如施工噪音等；計(jì)算公式為二元一次方程，樁長(zhǎng)和波速很多時(shí)候都是未知的，平均波速與砼強(qiáng)度之間的關(guān)系無法準(zhǔn)確給出。所以存在多解；定性分析結(jié)果人為因素多，不能夠得出定量分析結(jié)果；經(jīng)驗(yàn)因素多，理論依據(jù)少。在整個(gè)檢測(cè)過程中基本無法完全依據(jù)理論來判定檢測(cè)結(jié)果；低應(yīng)變技術(shù)并不是定量測(cè)試，就連缺陷的位置都是估算的，樁長(zhǎng)也是估算的，僅僅只能將缺陷程度定性給出。就算使用目前的雙加速度計(jì)測(cè)試，也僅僅是推算。無法獲取整個(gè)樁身的完整性信息，離委托方的期望值相差較遠(yuǎn)；多節(jié)預(yù)制樁的檢測(cè)中，只能測(cè)出來上段的完整性以及接樁是否良好。中下段，低應(yīng)變技術(shù)是無能為力的，因?yàn)闃渡聿贿B續(xù)。若樁身存在多個(gè)缺陷時(shí)，深部缺陷容易誤判。部分實(shí)際存在的缺陷，并不能明確體現(xiàn)在波形曲線中。

5 結(jié)束語

低應(yīng)變反射波法檢測(cè)以其測(cè)點(diǎn)多、經(jīng)濟(jì)、便捷等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分普遍，但也存在著缺點(diǎn)和不足。對(duì)低應(yīng)變反射波法檢測(cè)有問題的樁，建議再利用其他的檢測(cè)方法進(jìn)行綜合測(cè)試。

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[3]陳凡,徐天平,陳久照,關(guān)立君等.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，2003.

[4]羅騏先.樁基工程檢測(cè)手冊(cè)[S].2002.