淺析樁基檢測(cè)技術(shù)在工程中應(yīng)用

◎ 廣西沿海建筑工程檢測(cè)有限公司 張 宇

廣西建業(yè)勘察設(shè)計(jì)有限公司 李華平

1 樁基樁身完整性檢測(cè)方法綜述

1.1 鉆孔取芯法

這種方法不宜用于截面面積較小的混凝土樁。對(duì)有些情況下的斷樁或斷面缺損等缺陷也不容易檢查出來，而且對(duì)樁有損傷，但這種方法可以確定混凝土的實(shí)際強(qiáng)度。

1.2 埋管式聲波透射法

這種方法是通過發(fā)射探頭將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，發(fā)出超聲波(頻率在20KHz以上)穿透混凝土樁，然后經(jīng)接收探頭拾取并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。用這種方法檢驗(yàn)樁身質(zhì)量時(shí)，混凝土愈密實(shí)，v值愈大。相反，脈沖路徑中如有孔洞或裂縫，聲波就會(huì)減小，由此可檢驗(yàn)樁身質(zhì)量。

1.3 高應(yīng)變應(yīng)力反射波法

根據(jù)作用在樁頂上動(dòng)荷載能量是否使樁土之間發(fā)生一定的塑性位移或彈性位移，而把動(dòng)力測(cè)樁分為高、低應(yīng)變兩種。高應(yīng)變反射波法所需的激振能量大，費(fèi)用高，常用于承載力檢測(cè)，而很少用于完整性檢測(cè)。

1.4 應(yīng)力反射波法

低應(yīng)變反射波法的原理是當(dāng)應(yīng)力波沿樁身向下傳播時(shí)，遇到樁身阻抗變化，應(yīng)力波會(huì)在該截面發(fā)生反射。從而安放在樁頂?shù)膫鞲衅鞑杉降姆瓷洳ā８鶕?jù)反射波的位置確定樁身缺陷的位置與高應(yīng)變相比，低應(yīng)變法作用在樁頂上的動(dòng)荷載較小，只能使樁土產(chǎn)生彈性變形，一般情況下只產(chǎn)生10-5mm量級(jí)的動(dòng)應(yīng)變，它是通過應(yīng)力波在樁身中的傳播和反射原理，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 應(yīng)力波反射法測(cè)樁技術(shù)的應(yīng)用

2.1 基本假定

樁受擊振動(dòng)是在彈性限度內(nèi)，基樁在振動(dòng)時(shí)，樁內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的位移、應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系都服從彈性虎可定律。對(duì)于動(dòng)力測(cè)樁來說，激振力很小，而且是可以控制的。因此，樁的振動(dòng)完全滿足這一基本假定；材料是均勻或分段均勻且各向同性的。作為混凝土材料的樁，在拉伸與壓縮特性方面存在明顯的差異，而且也是不均勻的，但是在微米級(jí)彈性振動(dòng)的范圍內(nèi)，仍然可以近似滿足這一假設(shè)要求；縱向振動(dòng)時(shí)其截面保持為平面，而且每個(gè)截面上的應(yīng)力是分布均勻的，且為軸向應(yīng)力，所有其它應(yīng)力分量均為零；縱波的波長(zhǎng)比樁體的截面尺寸大得多，從而不考慮橫向位移對(duì)縱向振動(dòng)的影響。

2.2 應(yīng)力波在樁基中的傳播

當(dāng)縱波在無限長(zhǎng)直桿內(nèi)傳播時(shí)，它將沿某一方向前進(jìn)，把能量輸送到無限遠(yuǎn)處。若桿長(zhǎng)有限，當(dāng)波和桿端相遇時(shí)，根據(jù)邊界條件，縱波將在端部邊界產(chǎn)生反射或透射。應(yīng)力波反射法測(cè)樁中典型的端面邊界是固定端邊界和自由端邊界，通過對(duì)波動(dòng)方程的求解，可以分析邊界的波場(chǎng)問題。

對(duì)于摩擦樁，應(yīng)力波傳到樁底遇到比基樁材料軟的土質(zhì)界面時(shí)將產(chǎn)生與入射波同相位的反射，即反射回來的波與入射波同相位形成駐波。入射波與反射波同相位，因此在反射點(diǎn)處有明顯波幅增加為全反射。對(duì)于端承樁，樁中的應(yīng)力波傳到樁底遇到比自身材料硬的巖層界面時(shí)將產(chǎn)生與入射波反相位的反射，即反射回來的波與入射波以二為相位差進(jìn)行疊加形成駐波，因此為半波損失反射。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用

（1）樁頭的處理

在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集工作中，樁頭的處理是測(cè)試成功的第一步。對(duì)于鉆孔或沉管灌注樁，樁頭部分有素混凝土(浮漿)，如果忽略了對(duì)樁頭的處理，直接就在素混凝上(浮漿)上進(jìn)行測(cè)試，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，結(jié)果測(cè)試信號(hào)都不理想，往往在測(cè)試信號(hào)的淺層部位存在較嚴(yán)重的反向脈沖。一般情況下，樁頭的處理以露出新鮮含骨料的混凝土面為止，而且要盡量平整、干凈。在測(cè)試前要求委托方按測(cè)試方案預(yù)先進(jìn)行樁頭處理，這樣有利于傳感器的安裝和力棒的錘擊，從而采集到理想的測(cè)試信號(hào)。樁頭作為傳感器安裝的界面，是作為判斷樁身阻抗變化的基準(zhǔn)，在時(shí)域曲線中反映了樁身阻抗相對(duì)樁頭的變化。

（2）傳感器的安裝

對(duì)實(shí)心樁的測(cè)試，傳感器安裝位置宜為距樁心2/3半徑處，對(duì)空心樁的測(cè)試，錘擊點(diǎn)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。

采用觸針式安裝速度計(jì)是絕對(duì)禁止的，采用具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的薄層粘貼方式安裝加速度計(jì)，基本能獲得較好的幅頻曲線。通常，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)的速度計(jì)安裝普遍方式，因其質(zhì)量和與被測(cè)體接觸面過大，往往不可能獲得較高的安裝諧振頻率。有實(shí)驗(yàn)說明粘結(jié)層厚度增加時(shí)安裝諧振頻率降低，所以采用薄層粘結(jié)的方法安裝傳感器時(shí)，粘結(jié)層愈薄愈好。

（3）擊振點(diǎn)及擊振方式

激振信號(hào)的適當(dāng)與否對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集同樣影響較大，對(duì)實(shí)心樁的測(cè)試，擊振點(diǎn)位置應(yīng)選擇在樁的中心；對(duì)空心樁的測(cè)試，錘擊點(diǎn)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，擊振點(diǎn)位置宜在樁壁厚的1/2處。

選擇多個(gè)傳感器的安裝面和多個(gè)擊振點(diǎn)是非常必要的，淺部缺陷反射的應(yīng)力波大小與敲擊點(diǎn)和安裝點(diǎn)關(guān)系密切，當(dāng)發(fā)現(xiàn)淺部有缺陷時(shí)，應(yīng)盡量在各個(gè)方位測(cè)試一下，多點(diǎn)選擇有利于排除鄰近安裝與敲擊點(diǎn)的局部微小缺陷和其他因素引起的干擾。另外，對(duì)于灌注樁頭不平的情況，激振點(diǎn)應(yīng)不低于傳感器安裝點(diǎn)，以免產(chǎn)生橫向振動(dòng)。

振源主頻和振幅是衡量激振效果的兩個(gè)主要指標(biāo)，對(duì)長(zhǎng)大樁測(cè)試一般應(yīng)當(dāng)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(cè)，樁底及深部缺陷的信號(hào)反射較強(qiáng)烈。但由此很容易帶來淺層缺陷和微小缺陷的誤判和漏判。當(dāng)根據(jù)信號(hào)發(fā)現(xiàn)淺層部位異常時(shí)，建議用小釘錘或鋼筋進(jìn)行擊振，因其重量小、能量小、脈沖窄、頻率高，可較準(zhǔn)確的確定淺層缺陷的程度和位置。

2.4 數(shù)據(jù)分析

在對(duì)基樁進(jìn)行低應(yīng)變反射波法測(cè)試時(shí)，要充分考慮到樁周土層對(duì)所采集波形曲線的影響。檢測(cè)人員往往只注意到樁身波阻抗變化造成的信號(hào)反射，而忽略了應(yīng)力波在樁身中傳播時(shí)，不僅受到樁身材料、剛度及缺陷的影響，還受到樁周土層的土模量大小的影響。當(dāng)樁周土從軟土層變化到硬土層時(shí)，采集的波形曲線會(huì)在相應(yīng)位置處產(chǎn)生類似擴(kuò)徑的反射波，而當(dāng)樁周土從硬土層變化到軟土層時(shí)，采集的波形曲線會(huì)在相應(yīng)位置處產(chǎn)生類似縮徑的反射波，尤其是中小預(yù)制樁，土阻抗影響比較明顯。

在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集過程中，樁底反射信號(hào)不明顯的情況經(jīng)常發(fā)生，這時(shí)指數(shù)放大是非常有用的一種功能，它可以確保在樁頭信號(hào)不削波的情況下，使樁底部信號(hào)得以清晰地顯現(xiàn)出來。但有些測(cè)試人員認(rèn)為它使波形失真，過分突出了樁深部的缺陷，這種觀點(diǎn)有一定的道理，過分的指數(shù)放大甚至有可能人為地造出一個(gè)樁底反射。但是如果結(jié)合原始波形，適當(dāng)?shù)貙?duì)波形進(jìn)行指數(shù)放大，作為顯示深部缺陷和樁底的一種手段，它還是一種非常有用的功能。

濾波是波形分析處理的重要手段之一，是對(duì)采集的原始信號(hào)進(jìn)行加工處理，它是為了將測(cè)試信號(hào)中無用的或次要成分的波濾除掉，使波形更容易分析判斷，在實(shí)際工作中，多采用低通濾波，而低通濾波頻率上限的選擇尤為重要，選擇過低，容易掩蓋淺層缺陷，選擇過高，起不到濾波的作用。

結(jié)語

對(duì)特殊地質(zhì)和施工條件下樁基的檢測(cè)應(yīng)慎重處理，在樁基檢測(cè)中切不可對(duì)其過分迷信，但根據(jù)其測(cè)試成本低、檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)，在樁基檢測(cè)中可以作為一種常規(guī)性的普查性的檢測(cè)方法，對(duì)存有疑問的結(jié)果或重要的受力部位，在對(duì)樁基進(jìn)行常規(guī)的低應(yīng)變反射波法檢測(cè)的同時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充更加可靠的檢測(cè)方法，如鉆芯法或預(yù)先埋管聲波透射法等。