低應(yīng)變反射波在樁基檢測中的應(yīng)用

陳昌勝

【摘 要】作為檢測工程質(zhì)量的重要手段，低應(yīng)變反射波法已經(jīng)被納入國家工程檢測規(guī)范，它是一種檢測樁基缺陷的重要方法，具有效率高，檢測結(jié)果精確，成本低等優(yōu)點，在施工過程中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文闡明了低應(yīng)變反射波法的定義及基本原理，在具體工程實施中的有效運用和運用過程中的注意事項。

【關(guān)鍵詞】低應(yīng)變反射波法；樁基檢測；重要手段

橋梁、樓宇、水壩等大型建筑都需要有堅固的地基去承受巨大的壓力，樁基的檢測自然而然成了衡量建筑牢固性能的必要條件。針對樁基容易出現(xiàn)的擴徑、縮頸、離析等缺陷，低應(yīng)變反射波法能夠有效檢測出此類問題。1992年，我國成立了首家專門從事高低應(yīng)變樁基動測儀研制及方法研究的專業(yè)化公司-武漢巖海工程技術(shù)開發(fā)公司，該公司開發(fā)的RS系列樁檢測設(shè)備及CCWAPC波動方程擬合法分析軟件已達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進水平，經(jīng)過不斷的發(fā)展完善，其現(xiàn)場檢測波形分析樁身完整性判斷等各方面都比較成熟[1]。

一、定義及原理

（一）低應(yīng)變反射波法的定義

低應(yīng)變反射波法又稱時域法，即在時間域上研究分析樁的振動曲線，通常是通過對樁的瞬態(tài)激振后，研究樁頂速度隨時間的變化曲線，從而判斷樁的質(zhì)量[2]。

（二）低應(yīng)變反射波法的基本原理

低應(yīng)變測樁技術(shù)最早起源于應(yīng)力波理論以一維彈性桿平面應(yīng)力波的波動理論為基礎(chǔ)。其中的反射波法的最主要功能是檢測混凝土強度等級定性估計、樁身缺陷位置判斷等樁身結(jié)構(gòu)的完整性[3]。

樁基的混凝土材質(zhì)的堅固強度比周圍的地質(zhì)強度要大的多，可以把樁身看做一個一維彈性桿，當(dāng)樁身受到來自頂部的沖擊力時，由于周圍土質(zhì)強度小，其端面上就會發(fā)生振動，沖擊力產(chǎn)生的能量會以波的形式沿著樁身傳播，一部分反射波向上傳播到達(dá)樁頂，另一部分透射波向下傳播到達(dá)樁底，反射波的幅度和相位是由樁身的波阻抗來決定的，樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮盏讲ㄐ盘柌⑸蟼鞣?wù)器，通過分析采集來的數(shù)據(jù)，我們可以知道樁身有無缺陷和缺陷程度，計算公式：

Z=ρCA

Z：樁身的波阻抗；ρ：混凝土的密度；C：波在樁身的傳播速度；A：樁身的截面積。

由此我們可以看出，樁身的波阻抗和混凝土的密度、樁身的截面積有關(guān)。

假如我們通過儀器檢測此樁身，發(fā)現(xiàn)存在一個變化界面，分別得出變化界面的頂部和底部的波阻抗，通過對兩個波阻抗的比較，得出樁基缺陷類型。當(dāng)波阻抗相等時，不存在缺陷。

我們還可以計算缺陷的位置△L，假設(shè)△t是傳感器接收到反射波的時刻與重錘敲擊樁身時刻的差值，那么我們可以用以下公式計算：

△L= △t × C /2

二、低應(yīng)變反射波法在實例中的應(yīng)用和注意事項

（一）實例應(yīng)用

1.實例檢測

我們通過一個例子來說明：檢測一座32層高層樓宇的一個樁基，首先根據(jù)經(jīng)驗分析此樁基可能存在離析。然后用重錘敲擊樁身，測得數(shù)值顯示，在樁身1.23m處有同相反射波，在2.46m再次出現(xiàn)同相反射波。由此初步判斷此樁基存在離析缺陷。最后應(yīng)該人工挖開樁基驗證檢測結(jié)果的正確性，并進行修復(fù)。

2.常見缺陷樁

施工中工藝和材料因素都有可能影響樁基的性能，改變樁基的承載能力。樁基的缺陷主要表現(xiàn)為擴徑、縮徑、離析、斷裂、空洞和夾泥，也不排除有的缺陷是其中兩種或者多種的組合。

3.數(shù)據(jù)分析

分析采用低應(yīng)變反應(yīng)法測得的數(shù)據(jù)通常采用三種方法：濾波技術(shù)、曲線放大法、缺陷處信號重復(fù)反射分析。濾波技術(shù)是我們在施工中用到的最常見的方法，它對于較小的、不嚴(yán)重的缺陷樁分析準(zhǔn)確，對于大缺陷樁不適用。對于曲線放大，有兩種方法可以放大，一是線性放大，它主要針對淺層小信號的放大，可以使信號量化；二是指數(shù)放大，它有時會使曲線畸變，但是它能反應(yīng)缺陷程度。如果缺陷位置超過一半樁長，則對此應(yīng)該仔細(xì)區(qū)分，否則會誤判。

（二）注意事項

1.樁頭的處理

檢測有效的前提是樁頭必須處理的干凈、平整，沒有凸起和凹陷。以往的經(jīng)驗表明，樁頭與混凝土之間接觸不緊密，原來沿著樁身傳遞的應(yīng)力波不會沿著原來的軌道繼續(xù)傳遞，應(yīng)力波傳播方向改變就會影響反射波的方向，從而造成得到的波形不正確，造成結(jié)果誤判。

2.激振錘的選擇和錘擊位置

（1）激振錘的選擇

激振能量的大小和力錘的外形、重量、錘擊力度等多個因素有關(guān)。當(dāng)錘擊作用時間短時，脈沖寬度窄，所含的高頻成分多，檢測短樁和淺層缺陷比較可靠。當(dāng)錘擊時間長時，脈沖寬度寬，所含低頻成分多，檢測長樁和深層缺陷比較可靠。所以，針對不同的實際情況，應(yīng)該選擇不同的激振錘。

當(dāng)用不同的力錘去敲擊同一個樁基時，測得的數(shù)據(jù)是不一樣的。當(dāng)我們監(jiān)測特別大的樁身時，假如選用小的激振錘，那產(chǎn)生的應(yīng)力波就會很小，不足以使樁身感受到足夠的沖擊力，我們的傳感器感受到的振蕩很小或者根本檢測不到波的傳遞，此時就會造成結(jié)果的不準(zhǔn)確。

所以檢測大型樁基時應(yīng)該用重量大，產(chǎn)生波形比較寬的大鐵球。當(dāng)然，如果檢測比較淺層的缺陷，我們可以選用頻率高，重量小的小力錘，檢測起來比較容易，檢測的結(jié)果精確。

（2）錘擊位置選擇

理論上，錘擊位置對于檢測過程也是有影響的，因為錘擊位置不同，也就改變了傳感器感應(yīng)到波形的強度，所得波形不一樣。但是經(jīng)過我們大量實驗證明，錘擊位置對波形的收集影響不大，但在實際檢測中應(yīng)盡量符合規(guī)范要求選在樁的中心位置。樁頂面應(yīng)密實、平整、自由[3]。

3.傳感器的選擇和安裝

傳感器作為檢測波形的重要部件，它的類型以及安裝方法將直接影響檢測結(jié)果。

（1）傳感器的選擇

相比于速度傳感器，加速度傳感器的低頻特性好，對淺層缺陷的反應(yīng)靈敏，容易檢測出明顯的無振蕩曲線。所以，加速度傳感器以其較高的靈敏度深受檢測人員的喜愛，所以人們通常用加速度傳感器進行低應(yīng)變發(fā)射波檢測樁基缺陷。

（2）傳感器的安裝

理論上，盡量選擇重量較小的傳感器，并且傳感器安裝位置距離樁面盡量近，這樣傳遞性良好，可以采集到完整精確的波形。另外，傳感器的安裝位置也很重要，研究表明，傳感器安裝在1/2R-2/3R范圍內(nèi)，傳感器工作良好，波形傳遞完整，缺陷位置能很好地反應(yīng)出來，不在這個范圍則樁底反射不明顯，缺陷位置表達(dá)的不清晰。

小直徑的樁身只選擇一個測試點安裝傳感器即可，對于大的樁身或者有嚴(yán)重缺陷的樁身，必須選擇多個測試點安裝傳感器，以便獲得可靠信號，避免其它信號的干擾。

傳感器的耦合劑通常根據(jù)具體情況而定。牙膏用來粘合比較輕的傳感器，干凈又環(huán)保；而價格較低的黃油到了夏天不宜用來耦合；粘性很強的口香糖也是可以用來粘合的。此外，多涂些粘合劑在傳感器和安裝面上，可以使安裝更加牢固，檢測結(jié)果更加精確。

結(jié)語：

綜上所述，樁基的檢測在工程檢測中的重要性不言而喻，而低應(yīng)變反射波法就是樁基檢測的不二法寶。應(yīng)用低變反射波法能夠準(zhǔn)確找出缺陷樁的缺陷類型和缺陷位置，在樁身缺陷檢測中具有簡單、方便、高效的特點，而且不會對樁身造成損壞，為保證工程質(zhì)量做出了巨大的貢獻。此外，運用此方法還要注意一些細(xì)節(jié)，提前把樁身面收拾干凈，選好傳感器和激振錘，做好準(zhǔn)備不僅能使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，還能節(jié)省檢測的時間。

參考文獻：

[1]高紅偉，姚 勇，陳代果，童 龐，鄧勇軍. 低應(yīng)變反射波法在樁基檢測中的應(yīng)用[J].西南科技大學(xué)學(xué)報，2013，3：41.

[2]黃晏輝，王詩東. 低應(yīng)變反射波法在樁基檢測中的應(yīng)用[J].中國西部科技，2015，310：57.

[3]游海南.樁基檢測中低應(yīng)變反射波法的實踐應(yīng)用[J].江西建材，2014，8：97.

[4]高紅偉，姚 勇，陳代果，童 龐，鄧勇軍. 低應(yīng)變反射波法在樁基檢測中的應(yīng)用[J].西南科技大學(xué)學(xué)報，2013，3：42.