淺析低應變基樁檢測技術

傅 強 劉立萍

（浙江，金華 321000）

引言

隨著我國橋梁和高層建筑的發展，樁基工程越來越多的作為一種常用的基礎形式而被廣泛采用，目前國內外一般首選的是應力波反射法（錘擊波動法）、聲波透射法其中由于低應變法方法測試快速、簡單等特點應用最為廣泛。本文首先敘述低應變反射波法的發展及其基本原理及其具體實施步驟，并根據工作經驗提出了作者認為現行方法中的不足及可能的解決方法。

1 基本原理和假設

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。其基本原理低應變反射波法是以一維彈性桿平面應力波波動理論為基礎的。將樁身假定為一維彈性桿件（樁長>>直徑），在樁頂錘擊力作用下，產生一壓縮波，沿樁身向下傳播，當樁身存在明顯的波阻抗Z變化界面時，將產生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z變化決定。安裝在樁頂上的傳感器，將接收到來自樁身各個波阻抗Z變化界面處反射上來的信息，經接受放大、濾波和數據處理根據這些信息，可對樁身完整性質量進行分析判斷。

2 檢測實施過程

2.1 資料的收集及現場信號采集

為更好地對樁的質量進行分析和判斷，在測試前應收集包括以下各項資料:

2.1.1 必須對測試工地的有關資料進行全面的收集和了解，其中包括收集工地的地質資料，查閱巖土的物理力學指標，弄清土層的分布和走向，特別要了解在基樁長度范圍各地層的含水量、孔隙比、壓縮模量、容重、內摩擦角、地基承載力以及側摩阻力和端阻力的建議值。

2.1.2 應查閱本工程樁的施工資料，詳細了解樁的施工順序，核準樁機型號、落距和貫入度。

2.1.3 應了解混凝土的配合比，鋼材的規格，鋼筋籠的長度，水泥、骨料規格以及試塊的抗壓強度，并參閱測試樁的充盈系數，塌落度和齡期等。

2.1.4 應查閱基樁施工記錄，特別應了解工地內基樁施工過程中曾出現的事故及事故處理過程。

2.1.5 應收集工地在施工過程中進行井徑和沉渣測試的資料，以便分析樁的擴徑和縮頸與地層和施工的關系。

2.2 信號分析處理

現場測得的時域波形雖然存在不同程度的干擾，但其仍舊是不可替代的原始資料，因此，對其進行分析和判斷，是室內資料處理過程中較為重要的一步。

3 要點分析

3.1 樁頭處理

在現場信號采集工作中，樁頭的處理是測試成功的第一關鍵，但在大多情況下，很多測試人員忽略了這一點。由于施工的原因，往往樁頭部分有素混凝土（浮漿），這層浮漿雜質多，有許多小蜂窩、強度低，對應力波傳播衰減很快，使應力波不能沿樁身向下傳播，所測得的時域波形不能反映樁的其實情況。有些測試人員忽略了對樁頭的處理，直接就在素混凝土（浮漿）上進行測試，結果無論怎么改變傳感器以及傳感器的安裝，無論怎么改變振源，測試信號都不理想，往往在測試信號的淺層部位存在較嚴重的反向脈沖。一般情況下，樁頭應為達到設計標高的有效樁頭，必須鑿去表面浮漿，處理到有新鮮含骨料的混凝土為止，且樁頭不能破碎，含水，不能有雜物，要盡量保證樁頭干凈，平整。測點必須用電動砂輪打磨，以便安裝傳感器，測點處不得留有任何缺陷，測點位置應位于距樁心2/3倍半徑左右，有利于傳感器的安裝和力棒的錘擊。以消除表面波對所采集信號的干擾，這點對大直徑樁(樁身直徑大于0.80m)顯得尤為重要。

3.2 傳感器的選擇與安裝

傳感器是基樁反射波檢測中最基本的重要測試元件之一，它直接與被測樁相連接，將機械振動參量換成電信號，它的性能參數的好壞，直接影響到轉換電信號的數據是否真實地反映樁本身的反射信息。傳感器與被測樁之間，應剛性接觸為一整體，這樣的傳遞特性為最佳，測試的信號也越接近樁體表面的質點運動。傳感器的頻率響應特性應能滿足不同的測試對象、不同測試目的的需要。當檢測長樁的樁端反射信息或深部缺陷時，應選擇低頻性能好的傳感器；當檢測短樁或樁的淺部缺陷時，應選擇加速度器或寬頻帶的速度傳感器。對實心樁的測試，傳感器安裝位置宜為距樁心2/3～3/4半徑處；對空心樁的測試，錘擊點與傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成90°夾角，傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。對于直徑在600mm以上的鉆孔（人工挖孔）灌注樁，應放置2-3個傳感器，有條件時在樁上分別放置高阻尼加速度計及速度傳感器，通過對多重信號的對比分析，增加信號分析的準確性。

3.3 激振錘與錘擊點的選擇

反射波法測樁時，應準備幾種錘頭，對長大樁測試一般應當用力棒或大鐵球或擊振，其重量大、能量大、脈沖寬、頻率低、衰減小，適宜于樁底及深部缺陷的檢測，樁底及深部缺陷的信號反射較強烈。但由此很容易代來淺層缺陷和微小缺陷的誤判和漏判。當根據信號發現淺層部位異常時，建議用小釘錘或鋼筋進行擊振，因其重量小、能量小、脈沖窄、頻率高，可較準確的確定淺層缺陷的程度和位置。

經常有測試人員拿把小錘去測長大樁，并反映很難測到樁底反射。按以上的原理，這樣的測法是不正確的。由于小錘重量小、能量小、脈沖窄、頻率高、衰減快，因此信號在樁身中傳播有可能未到樁底就衰減完或即使傳到樁底反射回來的信號也很微弱極難分辨。由此可見，用小錘測長大樁，并想得到樁底反射，大多數情況下是很困難的。另外，敲擊質量的高低將直接影響到測試結果的優劣，要由經驗豐富的熟練工人來操作。在激振過程中要求落錘盡量垂直，有利于抑制質點的橫向振動；激振時盡可能短，并不要連激，防止后繼波的干擾；激振能量要適中，頻譜成份的主頻與樁身的形狀、材料的物理性質相適配，以使應力波得到最佳的傳播。

4 低應變反射波法的局限性與改進分析

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。低應變存在的一系列局限性，導致檢測的不確定度高，需要人為掌握的尺度多，所以在得不到解決的時候，其結果會令人難以接受。

對長徑比超過一定限度的樁、極淺部或太小的缺陷，低應變反射波法無法正確測量。高頻信號傳不下去，測試范圍有限，低頻信號分辨率不夠，容易漏判缺陷等等。對此必須加以改進。

檢測過程中對分析結果的影響因素較多，如施工噪音等；計算公式為二元一次方程，樁長和波速很多時候都是未知的，平均波速與砼強度之間的關系無法準確給出。所以存在多解；定性分析結果人為因素多，不能夠得出定量分析結果；經驗因素多，理論依據少。在整個檢測過程中基本無法完全依據理論來判定檢測結果；低應變技術并不是定量測試，就連缺陷的位置都是估算的，樁長也是估算的，僅僅只能將缺陷程度定性給出。就算使用目前的雙加速度計測試，也僅僅是推算。無法獲取整個樁身的完整性信息，離委托方的期望值相差較遠；多節預制樁的檢測中，只能測出來上段的完整性以及接樁是否良好。中下段，低應變技術是無能為力的，因為樁身不連續。若樁身存在多個缺陷時，深部缺陷容易誤判。部分實際存在的缺陷，并不能明確體現在波形曲線中。

5 結束語

低應變反射波法檢測以其測點多、經濟、便捷等優點，應用十分普遍，但也存在著缺點和不足。對低應變反射波法檢測有問題的樁，建議再利用其他的檢測方法進行綜合測試。

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