低應變反射波法在樁基檢測中的應用分析

蔣 煜

南京市水利建筑工程檢測中心有限公司 江蘇南京 210000

多數(shù)建筑工程施工中，均需要應用到樁基施工方案，此項作業(yè)屬于一類較為隱蔽的地下工程。由于樁基施工整體工序比較復雜化，一旦施工質(zhì)量不符合施工要求，很可能會導致工程出現(xiàn)離析甚至斷樁問題，影響工程質(zhì)量的同時，威脅施工安全。為了預防上述狀況產(chǎn)生，就需要在施工現(xiàn)場采納有效的樁基質(zhì)量檢測方法，確保樁基施工無問題。低頻應變反射波方案是一種比較快捷的檢測手段，因其成本低、檢測效果佳而在施工中最為常用。

1 常見的樁基施工問題

1.1 沖鉆孔灌注樁施工問題

進行沖鉆孔灌注樁施工時，樁基處理期間比較常見的問題，主要包括以下幾點：

（1）樁基出現(xiàn)混凝土離析、夾泥或是斷裂類問題，且樁頂部位的混凝土密實度不足[1]。

（2）嵌巖樁：此類沖鉆孔灌注樁的施工問題，主要表現(xiàn)在混凝土的前清孔與施工標準不相符方面，且樁基底部的沉渣厚度過大，遠超出施工圖紙設計標準，最終增加了樁基地端位置的承載壓力，影響施工質(zhì)量。

1.2 混凝土預制樁施工問題

進行沖擊鉆孔灌注樁施工時，樁基處理期間比較常見的問題，主要包括以下幾點：

（1）樁基在經(jīng)過錘擊施工后，由于偏離樁基中心線，導致樁身出現(xiàn)斷裂情況[2]。

（2）樁基施工中，技術(shù)人員在進行樁頭的焊接處理時，由于焊接后所預留的冷卻時間不足，影響了焊接質(zhì)量，隨之開始出現(xiàn)接頭斷裂類質(zhì)量問題。

1.3 其他樁基施工問題

除開上述混凝土預制樁以及沖鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量問題以外，還有其他樁基問題需要借助樁基檢測技術(shù)輔助完成施工，提升施工質(zhì)量，具體如下：不同樁型在施工中，由于樁傾斜度超出施工允許范圍，導致樁基施工出現(xiàn)質(zhì)量問題[3]。此類問題形成的原因主要在于鉆孔時技術(shù)人員對于鉆孔的垂直度把控不到位，致使孔徑的垂直度脫離于樁基作業(yè)標準，所得出的鉆孔無法滿足后續(xù)樁基處理要求。

2 低應變反射波法在樁基檢測中的應用原理及要點

2.1 應用原理

樁基施工中，應用低應變反射波法進行質(zhì)量檢測，想要保障檢測質(zhì)量，就需要了解該項檢測技術(shù)的操作原理[4]。低應變反射波法檢測之時，檢測應力波主要是由樁頂所施加的激振信號所產(chǎn)生，且應力波會沿著樁基的樁身進行傳播，如應力波傳播期間遇到不連續(xù)的樁底面、界面時，則會自動生成反射波，此時檢測系統(tǒng)會自動接收反射波，并對其波形特征、到達時間、變動幅值進行分析和判斷，繼而得出樁基施工的完整性[5]。開展具體的樁基低應變反射波法檢測分析時，以實驗的形式分析其檢測原理如下：

設定樁基是一個一維性質(zhì)的“線性彈力桿”，進行樁基的一維波動計算時，具體計算公式見式（1）。

式中：L——樁基的長度；

A——樁基的橫截面積；

E——樁基的彈性模量；

ρ——樁基的質(zhì)量密度；

Z=AρC——樁基檢測時的廣義波阻抗。

設定樁基中的某一位置出現(xiàn)阻抗改變，那么低應變反射波法操作下的應力波會直接從阻抗Z1、介質(zhì)Ⅰ進入到阻抗Z2、介質(zhì)Ⅱ中，最終由其得出反射波（Vr）以及速度透射波（Vt）。

隨后，設定樁基的樁身質(zhì)量完好系數(shù)見式（2）。

根據(jù)樁基檢測公式（3）和公式（4），對缺陷的大小、范圍、面積進行確認時，需要針對缺陷所反射出來的幅值定性進行分析。尤其是缺陷的位置確認時，需要結(jié)合反射波的時間，其計算公式見式（5）。

此外，應用低應變反射波法進行工程中樁基施工質(zhì)量檢測時，檢測設備的現(xiàn)場連接操作如圖1 所示。

圖1 低應變反射波法檢測樁基設備連接圖

2.2 應用要點

2.2.1 做好樁基檢測工作開展的相關(guān)準備工作

進行建筑工程中樁基質(zhì)量檢驗工作時，為了確保低應變反射波法的應用效果，檢測開始之前，技術(shù)操作人員必須做好相應的檢查工作，才能確保質(zhì)量檢測的效果，提升檢測數(shù)據(jù)的精準性，促進檢測質(zhì)量隨之得到提升[6]。同時，準備工作的開展，也可在極大程度上為后續(xù)的檢測工作流程推進帶來幫助，以此提升檢測效率，降低檢測成本。詳細分析而言，應該做好如下準備工作關(guān)鍵點：

（1）做好對施工現(xiàn)場中涉及樁基工程的各項作業(yè)材料，包括技術(shù)交底情況以及現(xiàn)場地質(zhì)條件等，目的在于為后續(xù)的樁基項目作業(yè)期間各類施工工藝執(zhí)行、施工材料投用、成樁的長度及直徑等條件，均符合工程施工圖紙設計標準及要求，以此確保施工數(shù)據(jù)與施工要求相一致[7]。

（2）在樁基檢測中，未應用低應變反射波法之前，技術(shù)人員需要將樁基頂部區(qū)域的配置的鋼板切開，并同步完成樁基同步區(qū)域的混凝土浮漿或是疏松部位的清理和整頓工作，以此確保樁基施工中樁頭位置能夠完全露出足夠密實的混凝土，最終提升低應變反射波法應用后的檢測結(jié)果準確度。

（3）除開上述準備工作開展以外，技術(shù)人員還需做好如下樁基檢測準備工作：做好樁基檢測現(xiàn)場的儀器設備準備工作。期間需要就儀器的運行電量是否充足做好檢查，并就力錘、傳感器連接處是否正常、耦合劑質(zhì)量是否過關(guān)進行檢查；做好樁基檢測參數(shù)設定的檢查工作。檢測人員需要現(xiàn)場針對樁基的相關(guān)參數(shù)做好檢查，對于儀器設備的參數(shù)設定也需檢查到位，包括樁長、樁號以及樁徑等；樁基檢測工作正式開始之前，需要在樁基頂部將傳感器粘接完畢，可以使用耦合劑完成，并確認粘接的穩(wěn)固度，避免因傳感器粘接不牢而影響樁基檢測精準性。

2.2.2 檢測過程要點

應用低應變反射波法進行建筑工程樁基檢測時，想要提升具體的檢測效果及質(zhì)量，應該重點做好如下檢測要點的質(zhì)量把控工作：

（1）做好檢測設備傳感器的安裝及激振操作、處理工作。進行傳感器的安裝時，技術(shù)人員必須針對安裝點提前做好混凝土的施工處理，主要可以從兩方面著手，一種是做好混凝土表面的密實處理，另一種是混凝土平面的操作處理。當執(zhí)行傳感器安裝施工流程時，應該對激振方向做好垂直處理，垂直的對標對象應是樁基的頂面[9]。為了提升傳感器的安裝穩(wěn)固性，應優(yōu)先選擇粘合強度更高的一類耦合劑。進行激振施工處理時，其激振的方向應該與樁基軸線方向保持一致，且應該將激振點、傳感器安裝點這兩點，分別與鋼筋籠的主筋安裝位置完全避開。最后，應該選用鋪墊或是力錘輔助激振安裝效率，力錘應該選定重量適宜類工具規(guī)格，錘墊則應該選擇軟硬適中的材質(zhì)。

（2）信號采集及檢測數(shù)據(jù)篩選要點。首先在樁基的樁心堆成位置，布設傳感器的安裝點用于檢測，數(shù)量為2～4 個，且呈對稱態(tài)勢。進行空心樁基的質(zhì)量檢測時，傳感器的安裝點應該設定為樁基壁厚的1/ 2 高度處，而實心樁基的質(zhì)量檢測時，傳感器安裝點則應該在距離樁基中心半徑位置的2/ 3 位置處。此過程中需要注意，檢測點、激振點兩者，均需要與樁基的樁中心之間的連線夾角呈90°。其次，完成激振點以及檢測點的安裝工作進行信號采集之后，如果所檢測的樁基直徑較大、樁基上部橫截面的尺寸呈不規(guī)則狀態(tài)時，需要重點結(jié)合樁基的信號實測特性去分析，并根據(jù)分析結(jié)果去就監(jiān)檢測點、傳感器安裝點作出適宜性的調(diào)整，確保所有樁基檢測所采集到的信息真實可靠[10]。另外，當重復多次完成檢測后，所得出的信號檢測結(jié)果之間仍舊存在偏差，此時就需要適當增加檢測點的數(shù)量，并就偏差出現(xiàn)的原因進行分析，并給出解決辦法。

（3）數(shù)據(jù)處理要點。應用低應變反射波法完成樁基檢測后，還需要重點做好檢測數(shù)據(jù)處理工作。具體而言，應該從以下幾方面著手：完整樁的數(shù)據(jù)處理，當樁基檢測工作完成后，確認樁基質(zhì)量為合格，那么應用低應變反射波法所得出的檢測結(jié)果在數(shù)據(jù)呈現(xiàn)上，比較光滑、完整，樁底的反射信號也極為完整，波速的傳遞具有均勻協(xié)調(diào)的特征；斷樁的數(shù)據(jù)處理，在應用低應變反射波法檢測樁基之后，當樁基存在斷樁問題，那么檢測所得出的波形圖，則會在數(shù)據(jù)表現(xiàn)上形成十分明顯的波峰狀，同時樁基底部位置所搜集的反射信號也相較于其他區(qū)域更弱。

3 案例分析

某住宅小區(qū)109# 樁基的樁低應變實測案例分析中，樁基的樁長為12.66m，樁徑為1.2m，樁基施工的混凝土強度為C35。109# 樁基的低應變實測波形如圖2 所示。根據(jù)圖2 中應用低應變反射波法所檢測得出的波形曲線夠發(fā)現(xiàn)，在樁基7.5m 左右的位置上，出現(xiàn)了比較明顯的反射波，可得出住宅工程109# 樁基的樁身為Ⅲ類完整性。

圖2 109# 樁基的低應變實測波形

4 結(jié)語

隨著科學技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，國家基礎設施建設水平也隨之得到了大幅度的提升，樁基工程為一類典型性的基礎施工項目，開始被應用于更多工程建筑中，同時也為樁基檢驗技術(shù)的更新和升級提供了背景和空間。建筑工程中，本次研究所介紹的低應變反射波樁基質(zhì)量檢測技術(shù)，是一種不會破壞樁身完整性的檢測方案，且經(jīng)過案例分析可以發(fā)現(xiàn)，其成本低且檢測結(jié)果真實性與可靠性均比較高，因此值得在后續(xù)的樁基施工檢測中投用和推廣。