樁基無損檢測的應(yīng)力波反射法及其影響因素與對策分析

常 輝

（寧夏建筑科學(xué)研究院有限公司，寧夏 銀川 750021）

0 引言

樁基檢測一般是指樁身的完整性和單樁的承載力兩方面的檢測，進(jìn)而到整個樁基工程的檢測與評定。樁基礎(chǔ)質(zhì)量好壞直接關(guān)系到建筑物的安全，通過質(zhì)量檢測可及時發(fā)現(xiàn)和消除樁基工程質(zhì)量隱患，質(zhì)量檢測是控制樁基質(zhì)量的重要手段。提高樁基檢測的可靠性，必須通過管理和技術(shù)的手段，科學(xué)運(yùn)用檢測技術(shù)及方法，切實(shí)避免工程隱患。

1 樁基無損檢測的應(yīng)力波反射法

所謂應(yīng)力波就是彈性介質(zhì)施加應(yīng)力會產(chǎn)生彈性變形，由于連續(xù)介質(zhì)性，彈性變形又產(chǎn)生彈性力，彈性力又產(chǎn)生彈性變形，在彈性介質(zhì)中以波的形式傳播。應(yīng)力波反射法就是以應(yīng)力波在樁身中的傳播反射特征為理論基礎(chǔ)的一種方法，就是利用錘、棒等激振設(shè)備敲擊樁頂，在沖擊力的激勵下，樁頂產(chǎn)生振動，并且振動以波的形式沿樁身向下傳播，如果遇到缺陷或達(dá)到樁底則產(chǎn)生反射波；在樁頂安裝傳感器（常用速度傳感器或加速度傳感器）測取樁頭的振動及回波，根據(jù)回波的時間及相位可判別缺陷的位置、性質(zhì)等。作用在樁頂上的動荷載遠(yuǎn)小于樁的使用荷載，不足以使樁產(chǎn)生貫入度，只產(chǎn)生彈性變形。

2 應(yīng)力波反射法測試的影響因素及對策

2.1 樁頭的處理

樁頭處理特別重要，樁頭清理的好壞將直接影響到檢測結(jié)果的質(zhì)量。對于安裝傳感器的檢測面和激振點(diǎn)的敲擊面要堅(jiān)實(shí)平整，必須用砂輪打磨平整，并基本與樁身軸線垂直，使激勵點(diǎn)和信號接收點(diǎn)直接處于混凝土母體上，同時樁頭應(yīng)充分地清掃干凈并吸干漬水。

實(shí)心樁的處理：用磨具在距樁中心約 2/3樁徑且遠(yuǎn)離主筋處均勻分布打磨出 3-4個與樁身軸線垂直的砼平面，用來安裝傳感器.再在樁中心打磨一平面用作激振點(diǎn)裝點(diǎn)，空心樁的處理：激振點(diǎn)和傳感器宜在同一平面內(nèi)，且與樁中心連線形成的夾角宜為90°，激振點(diǎn)和傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。樁頭出露的鋼筋籠應(yīng)以不影響敲擊為準(zhǔn)，并且高度應(yīng)適中，因?yàn)楫?dāng)小錘敲擊樁頭時產(chǎn)生的激蕩應(yīng)力波易于在鋼筋上產(chǎn)生振蕩反射疊加于入射波中，從而影響淺部缺陷波形的識讀。

2.2 傳感器的選擇與安裝

測振傳感器是反射被動測中最基本的重要測試元件之一，它直接與被測樁相連接，將機(jī)械振動參量換成電信號，它的性能參數(shù)的好壞，直接影響到轉(zhuǎn)換電信號的數(shù)據(jù)是否真實(shí)地反映樁本身的反射信息。

傳感器的安裝應(yīng)該注意以下幾個方面：

1）在傳感器安裝時，應(yīng)必須確保傳感器的軸線與樁身的縱軸線平行（或確保傳感器的軸線與樁頭平面垂直）。

2）傳感器的安裝可采用膠粘接、石膏粘接、薄蠟或潤滑脂粘接和橡皮泥粘接等方法與樁連接。下面介紹幾種較常用的粘合劑：粘性好的黃油或凡士林，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但黃油較臟，凡士林較干凈；干凈方便的牙膏；不論采用何種方式粘接，都必須保證傳感器與樁頂之間有一個良好的耦合效應(yīng)。在保證粘接效果的前提下，盡可能減少傳感器和樁頂之間的粘接材料厚度，并在粘接物材料完全固化后進(jìn)行檢測。

3）對于實(shí)心樁，傳感器應(yīng)布設(shè)在距樁中心約2/3樁徑且遠(yuǎn)離鋼筋籠主筋處，對于空心樁，傳感器和激振點(diǎn)應(yīng)在同一平面內(nèi)，且與樁中心連線形成的夾角宜為90°，激振點(diǎn)和傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。

4）傳感器是否安裝好，可用手指輕彈傳感器側(cè)面，若傳感器紋絲不動則說明已經(jīng)安裝好。

2.3 土層的影響

在對樁基進(jìn)行低應(yīng)變反射波法測試時，要充分考慮到樁周土層對所采集波形曲線的影響。檢測人員往往只注意到樁身波阻抗變化造成的信號反射，而忽略了應(yīng)力波在樁身中傳播時，不僅受到樁身材料、剛度及缺陷的影響，還受到樁周土層的土模量大小的影響。當(dāng)樁周土從軟土層變化到硬土層時，采集的波形曲線會在相應(yīng)位置處產(chǎn)生類似擴(kuò)徑的反射波，而當(dāng)樁周土從硬土層變化到軟土層時，采集的波形曲線會在相應(yīng)位置處產(chǎn)生類似縮徑的反射波。如果不考慮樁周土對采集波形曲線的影響，不了解樁側(cè)的地質(zhì)情況，容易對基樁產(chǎn)生誤判。

因此，為更好地對樁的質(zhì)量進(jìn)行分析和判斷，首先，必須對測試工地的有關(guān)資料進(jìn)行全面地收集和了解，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。

2.4 測試時間的選擇

測試時間應(yīng)當(dāng)根據(jù)樁的類型、強(qiáng)度、彈性模量等選擇合適的時間，例如混凝土灌注樁的強(qiáng)度是隨其齡期增加而增大的，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度和彈性模量都達(dá)到一定值時，手錘敲擊樁頭才可能產(chǎn)生應(yīng)力波，并在樁中傳播，如果樁體的彈性模量太小，即使增加錘擊能量也難于得到樁底反射信號。所以，對于混凝土灌注樁，測試時間一般應(yīng)選在樁身達(dá)到規(guī)范規(guī)定的齡期后進(jìn)行，特別對長樁更應(yīng)如此，并且被測樁還應(yīng)達(dá)到規(guī)定的養(yǎng)護(hù)齡期。

2.5 檢測點(diǎn)和激振點(diǎn)的選擇

測樁目的是激勵樁的縱向振動振型，但相對樁頂橫截面尺寸而言，激振點(diǎn)處為集中力作用，在樁頂部位難免出現(xiàn)與樁的徑向振型相對應(yīng)的高頻干擾。當(dāng)錘擊脈沖變窄或樁徑增加時，這種由三維尺寸效應(yīng)引起的干擾加劇。傳感器安裝點(diǎn)與激振點(diǎn)距離和位置不同，所受干擾的程度各異。

研究成果表明：實(shí)心樁安裝點(diǎn)在距樁中心2/3R處，所受干擾相對較小；空心樁安裝點(diǎn)與激振點(diǎn)平面夾角等于或略大于900，位置宜為樁壁厚的1/2處，該處相當(dāng)于徑向耦合低階振型的駐點(diǎn)。此外檢測點(diǎn)的布置位置對大直徑樁特別重要。對于樁徑大于500mm的樁應(yīng)多布置幾個檢測點(diǎn)（至少三點(diǎn)），敲擊至少兩點(diǎn)以上測得的原始波形進(jìn)行分析，激振點(diǎn)選在樁頭中心部位。

2.6 濾波的影響

濾波是波形分析處理的重要手段之一，是對采集的原始信號進(jìn)行加工處理，它是為了將測試信號中無用的或次要成的波濾除掉，使波形更容易分析判斷。在實(shí)際工作中，多采用低通濾波，而低通濾波頻率上限的選擇尤為重要，選擇過低，容易掩蓋淺層缺陷，選擇過高，起不到濾波的作用。斷裂、縮頸、離析、夾泥、空洞等是常見的缺陷，一般表現(xiàn)為反射波與入射波同相，但從時域曲線上嚴(yán)格區(qū)分這些缺陷有一定的難度，建議結(jié)合頻域曲線、工程地質(zhì)條件、施工情況進(jìn)行判斷，實(shí)際工作中如果無法準(zhǔn)確判定缺陷性質(zhì)，只要指出缺陷深度與程度提醒委托方注意即可，比輕易下結(jié)論更好。

2.7 激振錘的選擇

激振效果的好壞，主要受碰撞材料的重量、硬度、彈性模量、接觸面積以及碰撞方向和碰撞速度等影響。一般來說，材質(zhì)越軟，敲擊速度越低（提升高度越低），一般情況，宜采用尼龍錘敲擊，對于淺部缺陷應(yīng)采用鐵錘敲擊。錘擊脈沖過寬，會掩蓋樁身淺部問題；錘擊脈沖過窄，會出現(xiàn)應(yīng)力波彌散；錘擊能量過小，就很難將整個樁激振，特別對一些大長樁，就很難看出樁底反射；錘擊時，應(yīng)盡量保證錘擊方向與樁面垂直，以減少水平分量對波形產(chǎn)生的干擾。

3 結(jié)束語

總之，樁基質(zhì)量檢測技術(shù)涉及到巖土力學(xué)、振動學(xué)、樁基施工技術(shù)等諸多學(xué)科知識，它既不同于常規(guī)的建筑材料試臉，又不同于普通的建筑結(jié)構(gòu)測試，是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程。提高樁基檢測的可靠性，必須通過管理和技術(shù)的手段，科學(xué)運(yùn)用檢測技術(shù)及方法，切實(shí)避免工程隱患。

［1］徐天平.基樁質(zhì)量檢測技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

［2］基樁低應(yīng)變動力檢測規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.