低應(yīng)變法在樁基完整性檢測中的應(yīng)用研究

李多權(quán) （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230032）

1 引言

隨著我國建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，越來越多的工程質(zhì)量問題開始凸顯。樁基工程屬于隱蔽性工程，施工過程中流程復(fù)雜，對技術(shù)要求高，稍有不慎可能會出現(xiàn)斷裂、縮擴(kuò)徑和混凝土離析等質(zhì)量缺陷，進(jìn)而對建筑物的上層結(jié)構(gòu)安全性造成直接影響[1,2]。目前樁基的檢測主要分為承載力檢測和樁身完整性檢測。在承載力檢測方面，使用較廣的是靜載試驗法和高應(yīng)變法；在樁身完整性檢測方面，目前使用最為簡單高效的方法為低應(yīng)變法，其具備儀器便攜、判讀直觀和成本低等優(yōu)點。但其結(jié)果的判別會受到特殊地質(zhì)條件、施工工藝等的影響，影響判別的準(zhǔn)確性[3]。鑒于此，本文從低應(yīng)變法的檢測原理出發(fā)，分析了低應(yīng)變法在工程中使用時的注意事項，最后結(jié)合工程案例來對其進(jìn)行驗證和分析，希望能給從業(yè)人員提供借鑒。

2 低應(yīng)變法的檢測原理

低應(yīng)變法檢測原理是主要是基于彈性傳播理論，在進(jìn)行樁基檢測時，假設(shè)樁身為連續(xù)彈性的一維均質(zhì)桿件，錘擊樁基的樁頂位置，引起樁身質(zhì)點的震動，應(yīng)力波從樁頂向下傳播，當(dāng)應(yīng)力波在傳播過程中遇到阻礙發(fā)生變化時，該處即為樁基的缺陷界面。通常來說，應(yīng)力波在樁身傳播時會發(fā)生透射和反射，帶動新的質(zhì)點振動，反射波通過樁身再次傳遞到樁頂時，會被樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮眨纬煞瓷洳ㄐ?，通過分析反射波波形的參數(shù)可以推測出樁基缺陷的深度，根據(jù)其相位和幅值可以推測出樁基缺陷的類型[4]，示意圖如圖1所示。

圖1 低應(yīng)變法檢測示意圖

3 低應(yīng)變法檢測的局限性及注意事項

3.1 局限性

低應(yīng)變法具備很多優(yōu)點，如儀器簡單便攜、花費小以及檢測結(jié)果可靠度高等，但其也有以下幾點局限性：

①其對缺陷的評價只能是定性的分析，不能對缺陷的大小進(jìn)行定量分析；

②使用低應(yīng)變進(jìn)行樁基檢測工作時，要求獲取不同地質(zhì)條件、樁型條件下的靜動對比系數(shù)，難度較大；

③樁基圍巖的存在會減弱樁基中反射信號的傳播，影響低應(yīng)變法的檢測效果，當(dāng)被檢測樁樁長大于50m，樁徑大于1.8m時，獲得的樁底反射信號較弱，容易引起誤判；

④對于嵌巖樁來說，由于樁底巖質(zhì)與樁身混凝土阻抗類似，當(dāng)反射波傳遞至樁底時會繼續(xù)向下傳播，直到衰減為零，從而造成無反射波形的情況。

3.2 注意事項

為了降低上述局限性給低應(yīng)變檢測帶來的不利影響，在進(jìn)行檢測工作之前，要做好以下幾方面的工作。

①處理檢測樁樁頭。在進(jìn)行檢測前，要使用力棒在基樁樁頭進(jìn)行激振，并在樁頭接受反饋的應(yīng)力波信號，因樁頭表面混凝土的平整度和均勻性對檢測的結(jié)果影響很大，所以應(yīng)對被檢測樁的樁頭進(jìn)行處理，利用人工鑿去掉樁頭浮漿，保證樁頭部位的平整。

②確?；鶚痘炷翉?qiáng)度達(dá)到要求。使用低應(yīng)變法進(jìn)行檢測時，只有當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到要求時才能確保檢測信號的有效和準(zhǔn)確性?！督ㄖ鶚稒z測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）[5]中明確規(guī)定受檢樁混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計強(qiáng)度的70%且不應(yīng)低于15MPa。因此在實際檢測之前，應(yīng)確?；炷恋凝g期達(dá)到要求。

③合理安裝傳感器。傳感器安裝的正確與否將會對檢測結(jié)果造成直接影響，安裝傳感器時應(yīng)注意以下三點。首先，在安裝時應(yīng)保證傳感器軸與樁身軸平行，否則容易使反射波和入射波產(chǎn)生夾角形成二維效應(yīng)；其次，應(yīng)使用黃油、牙膏、石膏等將傳感器和樁粘結(jié)在一起，保證樁頂與傳感器之間可以實現(xiàn)良好的耦合；最后，要注意避免其他干擾波對應(yīng)力波的干擾，對于不同的樁型應(yīng)按照規(guī)范布置測點和激振點。

4 工程案例

4.1 工程概況

某高層建筑為公寓樓，地上22層，地下2層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)。樁基采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁PHC600AB130-10和PHC600AB130-12。為檢測樁基建造后的質(zhì)量，采用低應(yīng)變法進(jìn)行測試。本次測試采用的儀器設(shè)備為武漢巖海工程技術(shù)開發(fā)公司研制的RS-1616K(S)型24位浮點樁基動測儀，使用的傳感器是朗斯測試技術(shù)有限公司的LC0154TA型內(nèi)裝壓電加速度傳感器，用安裝在樁頂?shù)膫鞲衅鹘邮沼闪Π艏ふ穸跇兜准皹堕g反射的應(yīng)力波信息，運(yùn)用多通道數(shù)字濾波、指數(shù)放大、數(shù)字頻譜分析等高新技術(shù)，提高了測試信噪比，保證了測試結(jié)果的可靠性。

圖2 Ⅰ類樁典型曲線

圖3 Ⅱ類樁典型曲線

圖5 Ⅳ類樁典型曲線

4.2 測試結(jié)果分析

通過對實測曲線進(jìn)行分析，可以將本工程樁身結(jié)構(gòu)的完整性劃分為以下四類：Ⅰ類：樁身完整；Ⅱ類：樁身存在輕微缺陷，但不影響其結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮；Ⅲ類：樁身存在明顯缺陷，對其結(jié)構(gòu)承載力有影響；Ⅳ類：樁身存在嚴(yán)重缺陷，需進(jìn)行工程處理。該公寓樓經(jīng)低應(yīng)變法檢測的管樁共有566根，根據(jù)上述單樁樁身完整性判斷標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ類樁共有400根，Ⅱ類共有103根，Ⅲ類樁共有45根，Ⅳ類樁共有18根，圖2～圖5分別為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類樁的典型實測曲線，圖2樁身完整無缺陷，圖3樁身有輕微缺陷，圖4樁身存在明顯缺陷，圖5樁身存在嚴(yán)重缺陷。

5 結(jié)論和展望

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，低應(yīng)變法檢測技術(shù)也在不斷改善和完善，使用低應(yīng)變法來判斷樁身完整性前提的條件是樁身滿足連續(xù)彈性的一維均質(zhì)桿件的條件，但在實際工程中，若考慮樁土作用，是不能將樁身這樣簡單假設(shè)的。為了解決理論與實際工程的不對應(yīng)，未來關(guān)于低應(yīng)變法的改進(jìn)完善應(yīng)從以下兩個方面出發(fā)。

①建立三維的樁土模型，用有限元的方法來解決樁土動力學(xué)問題或進(jìn)行信號數(shù)值模擬[6]。研究應(yīng)力波在三維模型中的傳遞規(guī)律，使得獲得的應(yīng)力波理論更接近與實際工程情況。

②將小波理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論運(yùn)用于低應(yīng)變的檢測中，小波理論可以表征信號的局部特征，對獲得的振動信號進(jìn)行高效的分析。可以將小波信號作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的前置處理手段，實現(xiàn)對樁身完整性類別和缺陷的自動分類，提高檢測工作的效率，減輕檢測人員的工作量。