簡述低應變反射波在樁基礎檢測中的應用

摘要:隨著我國國民經(jīng)濟與工程建設的快速發(fā)展，樁基檢測作為隱蔽工程驗收的重要環(huán)節(jié)，對保證整個工程建設的安全穩(wěn)定起著十分重要的作用。采用低應變反射波法判讀鉆孔灌注樁樁身質(zhì)量，具有檢測速度快、經(jīng)濟，便于全面普查樁的質(zhì)量、判別樁的完整性和質(zhì)量缺陷等特點，是一種值得推廣的方法。

關鍵詞:低應變反射波 樁基礎 檢測

1 基本概述

混凝土鉆孔灌注樁是橋梁基礎工程常用的形式之一，樁能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層上去，從而大大減少基礎沉降和不均勻沉降。但由于鉆孔灌注樁是在地下或水下成孔、灌注混凝土，加之成孔方法各異、地質(zhì)條件的變化、混凝土澆注時間長短不等各因素影響，鉆孔灌注樁極易出現(xiàn)缺陷。20世紀80年代以來，我國的基樁檢測技術(shù)、特別是基樁動測技術(shù)得到了飛速發(fā)展。它是一門多學科交叉的綜合體，也是一門新興的高新技術(shù)，它涉及工程地質(zhì)、地基與基礎、振動理論、波動理論、建筑結(jié)構(gòu)、巖土力學、樁基設計與施工、測試技術(shù)和數(shù)據(jù)分析等專業(yè)知識。反射波法與其他樁基礎檢測方法(如超聲波法、鉆孔抽芯法)相比具有方便快速、經(jīng)濟實用等優(yōu)點。但是，如果不對影響檢測結(jié)果的相關因素加以分析，認真對待，而盲目地去檢測，就不能保證檢測結(jié)果的準確性和可靠性，其檢測結(jié)果不能真實地反映樁基工程施工質(zhì)量，從而導致誤判，給工程留下質(zhì)量隱患或造成經(jīng)濟損失。

2 反射波法的理論基礎與基本模型

2.1 基本原理 基樁低應變動力檢測反射波法的基本原理是在樁身頂部進行豎向激振，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、斷樁和嚴重離析等部位)或樁身截面面積變化(如縮徑或擴徑)部位，將產(chǎn)生反射波。經(jīng)接受放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識別來自樁身不同部位的反射信息，據(jù)此計算樁身波速，以判斷樁身完整性及估計混凝土強度等級。還可根據(jù)視波速和樁底反射波到達時間對樁的實際長度加以核對。

2.2 低應變反射波法檢測樁體完整性的基本模型 反射波法是建立在一維波動理論的基礎上的。假設樁為質(zhì)地均勻、各向同性的一維線彈性體(樁的長度遠大于直徑，且入射波波長λ大于樁的直徑)，當用手錘在樁頂敲擊時，產(chǎn)生的應力波在樁身傳播滿足一維波動方程。在推導樁的縱向振動方程時，作以下基本假設:①樁身視為一維桿件。②材料均勻，視為彈性材料。③樁身橫截面上應力分布均勻，波阻抗可以被識別。

3 實際應用

3.1 檢測方法和步驟 檢測步驟:

3.1.1 清理整平樁頭;

3.1.2 調(diào)試儀器，選擇適當參數(shù);

3.1.3 將加速度傳感器垂直安放在傳感器安裝點處;

3.1.4 用相應材質(zhì)和重量的激振錘在樁頭激振點處選擇適當?shù)哪芰考ふ?

3.1.5 選取較為理想的波形曲線并存儲;

3.1.6 將數(shù)據(jù)傳輸至計算機，對記錄曲線進行分析、計算，并評價樁身質(zhì)量。

3.2 檢測設備 本次檢測使用武漢沿海公司RS-1616K(S)型基樁動測儀，該儀器是為樁基檢測設計的，具有動態(tài)范圍高，智能化電腦控制及數(shù)據(jù)處理、多通道、高可靠性與兼容性、微功耗等特點。

3.3 現(xiàn)場檢測結(jié)果的處理和判斷

3.3.1 分析計算方法 將鋼筋混凝土樁視為一維彈性桿，當樁頂受到一沖擊力后，其應力以波動形式在樁身中傳播，遇到波阻抗差異面后，產(chǎn)生反射波信號，通過分析，達到檢查傳身質(zhì)量的目的.根據(jù)時域波形，比較入射波與反射波到達時刻及其振幅、相位、頻率等特征，進行判析和計算。以完整樁的首次樁底反射時間Δt計算該樁的波速:

Vc=2L/Δt

式中:L:完整樁的樁長，Δt:完整樁樁底反射波的傳播時間由該工程完整樁的平均波速Vc，

計算缺陷的位置:

Li=1/2*Vc*Δt;

式中:缺陷樁Li缺陷處反射波的傳播時間

3.3.2 樁身質(zhì)量評定

根據(jù)《公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程》(JTG/T F81-01-2004)的有關規(guī)定，低應變檢測樁身質(zhì)量評定原則如下:

3.4 樁身完整性類別劃分:

Ⅰ類樁:樁身完整，可正常使用;

Ⅱ類樁:樁身基本完整、有輕度缺陷，不影響正常使用;

Ⅲ類樁:樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響;

Ⅳ類樁:樁身有嚴重缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有嚴重影響。

3.5 樁身完整性判定原則:

3.5.1 Ⅰ類樁:樁端反射較明顯，無缺陷反射波，振幅譜線分布正常，混凝土波速處于正常范圍。

3.5.2 Ⅱ類樁:樁端反射較明顯，但有局部缺陷所產(chǎn)生的反射信號，混凝土波速處于正常范圍。

3.5.3 Ⅲ類樁:樁端反射不明顯，可見缺陷二次反射信號，或有樁端反射信號但波速明顯偏底。

3.5.4 Ⅳ類樁:無樁端反射信號，可見缺陷引起的多次強反射信號，或按平均波速計算的樁長明顯短于設計樁長。

4 檢測中幾個主要影響因素

4.1 樁身淺部缺陷的判定 當采用儀器檢測時，淺部缺陷非常靈敏，從理論上分析，淺部聲波呈球面狀發(fā)散，與檢測理論要求略有偏差，造成雜波較多易判斷失誤。所以在有條件的情況下，淺部缺陷均采用開挖驗證。

4.2 傳感器的放置 應變傳感器是否穩(wěn)定地與樁面完全接觸，是否與樁身軸線平行對采集的信號影響很大。當傳感器與樁平面之間有一層粉屑，沒有完全接觸時，測出曲線是混亂無規(guī)則的，無法用于分析。這是由于應力波只在樁面與傳感器之間重復傳送疊加造成的。這種情況，對于有經(jīng)驗的檢測人員，在現(xiàn)場就可以判斷是由于傳感器接觸不良造成的。當傳感器平面與樁軸線不垂直時，測出的曲線是混亂的、無規(guī)律的，由于這時應力波是沿樁的截面方向傳播，完全偏離了一維線性理論，得到的是一組完全失真的曲線。當樁面不平整，傳感器與錘擊點之間的距離過遠時會在曲線上靠近始脈沖處形成類似于缺陷的波，這是由于灌注樁面不平整，由應力波中表面波成分反射生成的。當樁頭完全修平之后，這個偽缺陷的波完全消失。

4.3 樁面處理對檢測的影響 樁面混凝土的處理對檢測結(jié)果有直接的影響，在進行低應變動測時，樁面處理基本上是用錘子修出一塊平面，與實際的動測要求有一定差距。當表面不平整時，會影響到檢測的結(jié)果，如樁面有垂直的小裂縫時，當傳感器粘貼位置不同時，可能出現(xiàn)不同。遇到此種情況，應將裂縫部份砍掉后重新動測。

4.4 關于缺陷樁驗證問題 當對動測的樁身缺陷有爭議時，可采用更高級別的檢測手段進行驗證，主要包括有超聲波檢測法和鉆芯檢測法。

5 結(jié)論

運用應力波反射法檢測鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量，具有檢測速度快、費用低、便于全面普查樁的質(zhì)量、判別樁的完整性和質(zhì)量缺陷，是一種值得推廣的方法。但目前樁基低應變檢測技術(shù)水平、檢測人員素質(zhì)均有所差異，這就要求我們能夠因地制宜地運用應力波傳播機理進行分析判斷，才能比較準確地分析和判斷。