低應變反射波法檢測橋樁完整性的局限性及對策

［摘 要］利用低應變反射波法來檢測橋樁身完整性，在工程樁測試實踐中雖已有較成熟的技術經驗，但實際效果還遠未理想。根據低應變反射波法的基本原理，對其局限性進行分析具有重要的意義。

［關鍵詞］低應變 反射波 完整性 局限性

［中圖分類號］TU ［文獻標識碼］A ［文章編號］1009－5489(2009)08－0126－01

低應變法現已普遍用于檢測混凝土橋樁的樁身完整性，判定樁身是否存在缺陷、缺陷的程度及其位置。經過多年的發展，現在已經形成較為成熟的技術經驗。工程樁應用在我國的城市建筑非常多，但是由于受地質條件、施工工藝以及一些不確定因素的影響，不可能百分之百的基樁都能達到合格的要求，難免會有部分的基樁存在不同程度的缺陷，尤其在灌注樁的施工過程中，出現夾泥、離析、縮徑、甚至斷樁等情況，因此，在實際工程檢測中，利用測得反射波曲線信號準確地判斷樁身質量，排除工程隱患，對基樁的質量評價是至關重要的。但工程中經常出現對樁基檢測結果的誤判，致使工程技術人員對該種檢測方法的可靠性提出質疑.為此，本文將根據低應變反射波法測樁工作原理，分析低應變反射波法的局限性及解決辦法，為實際檢測提供參考。

一、低應變反射波法的基本原理

反射波發的基本原理是在樁頂豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，當樁身存在明顯波阻抗差異的界面(如樁底、斷樁和嚴重離析等)或樁身截面積發生變化(如縮頸或擴頸)，將產生反射波，經接收、放大、濾波和數據處理，可識別來自不同部位的反射信息。通過對反射信息進行分析計算，判斷樁身混凝土的完整性，判定樁身缺陷的程度及其位置。

取樁身的某段為一個分析單元，其介質密度、縱波波速、橫截面積和彈性模量分別用ρ、c、A、E表示，令

Z=ρcA=EA/c

式中：

Z—廣義波阻抗，Ns/m；

ρ—樁身混凝土密度，kg/m3；

c—縱波在樁身混凝土中的傳播速度，m/s；

A—樁身橫截面積，m2；

E—樁身混凝土彈性模量，N/m2；

當樁身幾何尺寸或材料物理性質發生變化時，相應的ρ、c、A發生變化，其變化發生處稱為阻抗截面。將波阻抗的比值表示為：

n=z2z1=ρ2c2A2ρ1c1A1

式中：n為波阻抗比。

在樁頂激振后，將產生壓縮波，以波速c沿樁身向下傳播。當遇到波阻抗界面時，產生反射波。根據應力波理論，只要這兩種介質在界面處始終保持接觸(既能承壓又能承拉而不分離)，則根據連續條件和牛頓第三定律，界面上兩側質點速度、應力均應相等。

v1+vR=vt

A1(σ1+σR)=A2σT

由波陣面動量守恒條件得：

σ1ρ1c1－σRρ1c1=σTρ2c2

z1(v1－vR)=z2vT

聯立求解可得：

σR=σ1〔(z2－z1)(z2+z1)〕=Rσ1

σT=σ1〔2z2(z2+z1)〕=Tσ1

vR=－v1〔(z2－z1)(z2+z1)〕=－Rσ1

vT=v1〔2z2(z2+z1)〕=nTσ1

其中：R=vRv1=n－11+n

TvTv1=21+n

式中：R—反射系數；

T—透射系數。

二、低應變反射波法的局限性

尚無法對缺陷準確定性。目前依據波阻抗的變化，僅能有把握地將缺陷區分成縮頸類與擴頸類。如縮頸與離析、嚴重離析與斷樁，夾層與裂縫不能很好地區分。進一步確定缺陷的性質需要檢測經驗及其他補充資料。

對缺陷程度的定量分析尚不理想。由于波速計算或選取不準，據此計算的缺陷位置的誤差在10%左右。缺陷在樁軸的高度及分布以及缺陷質量下降的程度均難以準確計算在內。

對阻抗漸變類的缺陷難以判斷，甚至可能得出相反的結論。例如縮頸、離析、擴頸等發生在樁身的某一段，缺陷程度由輕至重或由重至輕，相應波阻抗緩慢減小或增大，實測信號將無法反映這一變化。特殊情況下，例如樁漸縮后突然恢復到原截面，則可能得出樁身存在擴頸這種“有利”缺陷的結論，這是很危險的。

當在一根樁中存在多個較大缺陷時，入射波通過第一個缺陷后，透射波的強度已大大降低，難以識別第二個缺陷。在完全斷裂的情況下，形成全反射，入射波無法通過第一個缺陷。即使后面的微弱的缺陷反射波可以測得，應力波的多次反射的結果也給計算分析帶來困難?，F有的低應變分析方法，對第一個缺陷的分析尚可做到，但對后面缺陷損壞程度的估算誤差就難以控制了。如第一缺陷在淺部時，尚可以通過開挖并鑿去上部缺陷再行檢測，否則只能通過其他方法進一步檢測。

三、對策

依據樁型、樁長、樁徑采用合理的振源，選擇合適的測樁儀和傳感器，進行必要的信號后處理，充分考慮地質、施工條件等因素，了解可能出現的缺陷種類以及各類缺陷的特征，可以有效提高采集波形質量及分析水平。綜合分析同一工程的其他被檢樁，尋找各樁之間的共性，有利于對單樁檢測結果的分析判斷。

提高反射波檢測水平的另一途徑是有效利用目前采集的信息。在時域分析的基礎上，輔以頻域分析；借鑒其他低應變檢測的方法的分析經驗，例如可以借鑒水電效應法利用功率譜各峰值的相對大小判斷樁身缺陷程度的分析方法。

信息量的不足是制約反射波法識別能力的首要因素，因此應在目前單純利用縱波分析的基礎上，提取更多的信息。這方面已有不少研究人員作了嘗試并取得了一定的效果。

以上三條都是從技術角度出發提出的提高反射波法檢測水平的建議。從管理的角度來說，通過制定更切實可行的標準；加強對檢測單位的管理；增加行業內的交流等等，可以有效地促進反射波法測樁水平的提高。

四、結論

低應變反射法檢測橋樁身完整性具有省時、快捷、簡便及經濟等優點，在保證樁基工程質量、加快施工進度等方面起到積極的作用。在工程運用中，可以檢測斷樁、縮頸、擴頸及離析等樁基缺陷，也可以確定樁身缺陷的具體位置。但由于其局限性，有的時候仍存在誤差，因此需要綜合考慮各種條件對樁基檢測情況的進行判定，并且應在實際檢測中不斷積累經驗，提高檢測水平，為新建工程提供準確可靠的檢測結果。

［參考文獻］

［1］《建筑基樁檢測技術規范 JGJ106—2003》，中國建筑工業出版社出版。

［2］龔獻忠：《反射波法檢測基樁完整性的探討》，《山西建筑》2007年第6期。

［3］陳丕俠：《低應變反射波法檢測樁身完整性的誤判分析》，《中國科技信息》2007年第13期。