淺談基樁及反射波法低應變動測

摘要:反射波法樁基低應變動測作為樁身完整性無損檢測的一種方法，在樁基檢測中得到了廣泛的應用。本文結合樁基施工中存在的質量問題，通過反射波法的理論依據、局限性，淺析了如何正確運用此法對樁基工程成樁檢查質量進行評價。

關鍵詞:基樁 反射波法 樁身完整性 質量評價

0 引言

在基礎工程中，樁基礎以其承載力大、地層適應性強、施工方便、工藝成熟等特點，而被廣泛采用。而樁基工程中又以各種形式的灌注樁為主，這不僅是因為灌注樁施工進度快、經濟效益好，而且能適應于各種地形地質條件和各種土工構筑物對基礎承載力的需要，因而使用范圍很廣。樁基礎在施工中，灌注樁屬地下隱蔽工程，施工工藝復雜，由于多種原因易出現夾泥、離析、縮頸、擴頸，甚至斷樁等情況，且不容易被發現。

1 樁施工中的質量問題主要可歸結如下

1.1 樁身混凝土強度低于設計要求，導致原因大致為：①不按規定配比制備混凝土；②澆注過程由于涌水或導管滲水導致混凝土稀釋；③由于運輸或澆注過程導致混凝土離析；④由于坍落度過大和易性差或攪拌后防止時間太長。

1.2 樁身結構不完整，諸如夾泥、空洞、露筋斷樁、縮頸及擴頸等。產生原因有：①混凝土澆注導管初始位置距孔底距離過大，或拔管太快，或坍孔（鉆孔沖孔樁）；②混凝土太稠導致空洞，樁身不密實；③孔位歪斜或鋼筋籠未綁墊塊或鋼筋籠彎曲等導致漏筋；④ 施工中停電或其它原因停機使澆注不連續導致斷樁；⑤拔管太快導致縮頸或斷樁。⑥樁底沉渣太厚，孔壁附著泥皮太厚。

1.3 預制樁主要問題有樁身折斷、開裂，樁入土深度不符合設計要求，其原因主要有：①樁身接頭焊接不良，或樁尖貫入遇到障礙物彎曲變向，打入時折斷等；②樁身混凝土標號低，或撞擊次數太多導致破裂；③由于撞擊能量偏小無法貫穿硬夾層是入土深度達不到要求。我國《基樁低應變動力檢測規程》JGJ/T93—95的發布實施，使得基樁低應變動力檢測工作有據可依。在中華人民共和國行業標準《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106-2003中，反射波法低應變檢測作為基樁完整性檢測的重要方法得已進一步明確。反射波法可對樁基工程質量進行普查，有利于整個樁基工程的質量控制，完全可以作為樁基工程成樁檢查質量的一種有效方法，能為成樁質量評價提供依據。如何正確理解反射波法的適用范圍，明確反射波法本身的局限性，在檢測中減少誤差，進一步提高結論的準確性顯得尤為重要。

2 反射波法理論依據

反射波法檢測樁身質量是依據應力波在一維均勻彈性直桿中的傳播機理，通過分析應力波在樁身混凝土中的傳播特點來對樁身的完整性進行判別的一種方式。該法以手錘（棒）撞擊樁頂，產生一縱向應力波信號沿樁身傳遞，由加速度計（或速度計）拾取樁身缺陷處引起的反射波，由此判定樁身完整性，并有波速判斷混凝土質量，該法檢測設備簡單，具有快速、無損等優點。但由于存在縱波反射信號以外的信號成分及樁周土的影響，響應曲線判讀困難較大。有兩個以上缺陷時，第一缺陷部位以下的缺陷較難判斷。

3 反射波法的局限性

反射法本身的局限性在許多情況下是影響結論準確性的重要因素，它在以下幾個方面存在不可逾越的障礙：①僅測出廣義波阻抗的相對變化，可以區分縮頸類與擴頸類，也可以計算缺陷位置，但卻不能確定缺陷性質、缺陷方位。②缺陷程度的定量分析很難達到理想效果，目前定量分析仍僅僅停留在指導階段，缺陷程度也只能定性給出。③波速與振源頻率和混凝土強度間的關系無法準確給出，尚無理想的波速計算公式，而依據施工樁長計算波速的辦法存在很多具體問題，因此缺陷位置的判斷仍只能保證10%的誤差。④將加速度計長徑比超過一定限度的樁、極淺部或太小的缺陷，應力波反射法無法正確測量。現有的測試理論和技術都難以解決這些問題。高頻信號傳不下去，測試范圍有限；低頻信號分辨率不夠，容易形成繞射，漏判缺陷等等。⑤樁身存在多個缺陷時，深部缺陷容易誤判。

4 正確采集反射信號

對檢測結果進行評判的主要依據是應力波沿樁身傳遞過程中的反射信號。如何采集到正確合理的響應信號依賴于正確的試驗技術及采取相應的試驗手段，有以下幾方面內容：

4.1 信號激振是檢測工作的重要環節之一，對激振的要求有三點：①產生一定能量的應力波沿樁身傳遞；②激振信號的脈沖寬度需要人為加以控制。不同寬度的激振脈沖，對樁身不同部位（淺部、深部）的反射波信號的拾取有明顯的影響。對于樁淺部反射波要求脈寬較窄，樁深部要求脈沖較寬。錘擊力的脈沖寬度取決于錘的幾何尺寸、重量及錘頭材料。試驗中應根據不同的要求加以選擇；③激振應避免產生雜波信號，其錘擊效果較大程度取決于試驗人員的經驗。為獲得窄脈沖激振，可采用一種鋼筒鞭炮激振方式。

4.2 信號采樣頻率選擇應滿足采樣定理。

4.3 濾波技術的合理應用能明顯地改善試驗效果。試驗中樁頭傳感器所接收到的信號不僅有縱波反射波，同時也接收到了直達波及其它隨即雜波等信號，使反射波信號受到干擾。用電子陷波器原理研制出的一種測樁專用陷波器，能有效地陷除直達波及與反射波信號無關的頻率成分，使反射波信號清楚﹑直觀，樁底反射波信號增強。

4.4 當樁淺部存在較嚴重的缺陷時，其缺陷以下的樁身情況較難測出，采用陷波手段使頻率分解的方法，可明顯增強樁淺部以下的反射波強度。

4.5 傳感器的選用及安裝直接影響波形效果。選用時主要應考慮頻率響應及靈敏度是否滿足要求。樁淺部缺陷側重考慮頻率響應，一般應達10KHZ。樁深部反射波提取，主要應考慮靈敏度指標，速度計應優于300mv/s，加速度計應優于100mv/g。對于較長樁的樁底反射波的提取，應選用靈敏度加速度計。

5 反射波法低應變動測注意的問題

為了準確地分析和對樁身質量的評價，測試與處理完成后有必要做到以下幾點：①結合地質資料、施工記錄進行分析。施工工藝及外因控制等對基樁的完整性以及缺陷類型影響很大。預制樁、人工挖孔樁不可能縮頸，許多質量事故都發生在流水處或地層變化處，急劇變化的地層本身也會產生回波等等。查看地質資料對確定缺陷部位、排除地層影響很有必要。②利用定量分析幫助多缺陷和缺陷程度的確定。雖然定量分析本身尚有許多欠缺，但由于它分析了應力波在樁身傳播的詳細過程，只要樁土參數選取合理，對樁體質量的分析和判定起到很重要作用。③綜合分析同一工程的所有被測樁。單獨分析一根樁，不能全面衡量整個工程情況，有時非常危險。同一工地的地質和施工狀態大多相似，尋找各被測樁之間的共性，再分析每一根樁是提高分析效果的有效手段。有條件的單位甚至可以在每個工程施工時監督嚴格要求施工的標準樁，用于校核各種分析用數據，提高分析準確性。

6 結語

反射波法樁基質量檢測技術仍處在發展階段，還有一些問題需要進一步加以研究。如難以對缺陷的程度加以定量的評判；樁周地質層的變化而形成的反射波其規律特征不很明確；很強的樁周土阻力會增大應力波向樁周土的投射能量，使樁深部的信息難以獲取；樁的承載力不能確定等等。總之，只有通過廣大科技人員及工程技術人員的不斷努力，才能使該項檢測技術不斷達到新的水平。

參考文獻：

[1]羅騏先.樁基工程檢測手冊.人民交通出版社.2003.

[2]樁基振動分析與質量監測.柳祖亭等編.東南大學出版社.

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