低應(yīng)變法檢測橋梁樁基完整性的探討

鄒志剛

（佛山市公路橋梁工程監(jiān)測站，廣東 佛山 528000）

低應(yīng)變反射波法是以一維彈性桿平面應(yīng)力波波動理論為基礎(chǔ)，具有測試設(shè)備輕便簡單、檢測速度快，成本低等優(yōu)點的半直接法，應(yīng)用到了愈來愈多的工程檢測中。低應(yīng)變反射波法是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(chǎn)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(chǎn)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，根據(jù)這些信息，可對樁身完整性質(zhì)量進行分析判斷。

1.要全面地收集資料

低應(yīng)變反射波法檢測樁一般是靠反射波的波幅、頻率、相位來推斷、評價樁身完整性的，由于樁身中的縮頸、離析、空洞、夾泥等缺陷在反射波曲線上體現(xiàn)的特征基本上是一致的，故而僅從波形上無法確定何種缺陷。施工地質(zhì)、地層的變化也會引起反射波的相位變化，有時也會發(fā)生誤判。所以，檢測者在檢測前必須收集與掌握樁基從鉆孑L、澆筑到完成全過程的技術(shù)資料。

(1)施工現(xiàn)場的工程地質(zhì)勘察報告，水文概況；施工過程中的鉆孔進尺記錄，地層變化記錄；(2)灌注樁成孔方式、成孔工藝；(3)澆灌環(huán)境(水下或干孔)；混凝土攪拌方式、運輸方式、運距，澆筑工藝；(4)混凝土攪拌站每盤攪拌記錄，施工配合比，每根樁基總計澆灌的混凝土方量；(5)施工日記，是否在澆筑過程中有諸如停電、卡管、導(dǎo)管拔出等事件；(6)成孔后檢測情況。根據(jù)以上所掌握的第一手資料，結(jié)合波形分析，才可能較準確的分析判斷樁身完整性及缺陷的性質(zhì)。例如成孔檢測時采用同直徑的鋼筋檢孔器檢測過孔徑，基本上可以排除縮頸的可能。

2.要平、穩(wěn)、凈地處理樁頭

樁頂條件和樁頭處理的好壞直接影響測試信號的質(zhì)量。JrrJ041—2000公路工程橋涵施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定：樁頭部分應(yīng)比設(shè)計標高高出0.5m～1.0m，然后采用合適的方法破除樁頭可能存在質(zhì)量缺陷的部分。樁頂處理要達到平、穩(wěn)、凈：“平”就是將樁頂鑿平，并用砂輪打磨機磨出四個平面。一個位于樁的中心位置，為激振點；另外三個位于1／2R～2／3R處，基本呈正三角形分布，為傳感器安裝點；“穩(wěn)”就是鑿除樁頭部分后要無混凝土浮漿，無有裂縫的混凝土，無破樁后留下的松散混凝土，力求傳感器穩(wěn)固、緊貼地安裝在樁頂面；“凈”就是在樁頂面無積水，污泥，無砂石塵屑。

3.傳感器的安裝與耦合要到位

一般來說，加速度傳感器頻響比速度計要寬，通常用在局部缺陷和淺部缺陷檢測，而速度計對長樁或深部缺陷較合適。不論選擇哪種傳感器，稠度低的黃油、油性橡皮泥、粘性低的口香糖、顆粒粗的粘土以及調(diào)得過干或過稀的石膏均不能用于耦合傳感器。安裝時傳感器必須垂直于樁頂面，單方向用力旋壓，使其緊貼安裝面。堅決杜絕采取用手直接按住傳感器的方法進行檢測，避免由此產(chǎn)生實測信號的嚴重寄生振蕩而不能真實地反映樁身質(zhì)量的實際信息。另外，傳感器應(yīng)安裝在距樁中心1／2R～2／3R處，并且遠離鋼筋籠主筋，以減少外露主筋振動或晃動時對測試信號產(chǎn)生干擾。

4.選擇合適的激振方式

公路工程采用的樁基一般直徑較大，深度一般都在20m以上。故而，激振點宜選在樁的中心位置:

(1)可以避免偏心振動

(2)此處由激振引起的表面波從樁側(cè)來回反射產(chǎn)生的干擾信號為最小。

剛度較小的重錘，入射波脈沖較寬，含低頻成分較多，加上激振能量較大，彈性波衰減較慢，適合于獲取樁深部缺陷或樁端反射信號；剛度較大的輕錘，入射波脈沖較窄，高頻成分較多，激振能量較小，更適合于樁身淺部缺陷的識別及定位。在實踐中，可以分別用加速度計配合銅質(zhì)錘頭力棒和速度計配合尼龍頭力棒激振采樣。同時，激振時要垂直于樁頂平面，盡量自由落體，干脆利落，這樣可以減少其他無效信號，獲得較好的波形曲線，以利下一步的判讀。

5.要客觀分析結(jié)果

結(jié)果分析時，應(yīng)先判斷各種錘(或力棒)、各種傳感器及測試點之間信號的一致性，即各波形曲線、相位、樁頂、樁底反射信號之間是否接近一致。

首先，選取合理的波速。波速的取值越接近實際值，判讀樁身的缺陷位置才能較準確。據(jù)有關(guān)資料，混凝土強度與縱波波速的相關(guān)關(guān)系為：σc=4.18e0.49v(n=30，r=0.9869)

其中:

σc─混凝土抗壓強度,MPa；

V─混凝土的縱波波速，km／s。

在測試前應(yīng)根據(jù)上式結(jié)合混凝土骨料品種、粒徑級配、水灰比和混凝土齡期等因素綜合確定波速。當樁長已知、樁段反射信號明顯時，選取相同條件下不少于5根I類樁的樁身波速計算其平均值為佳。

其次，信號放大應(yīng)適中。在檢測時，為防止敲擊波形飄移，指數(shù)放大宜設(shè)置較低值。在分析時，為清楚地發(fā)現(xiàn)樁底反射，必然要適當?shù)卦龃笾笖?shù)信號，但是不適當?shù)闹笖?shù)放大會使缺陷信號夸大，波形畸變，造成誤判。

第三，要結(jié)合檢測前收集的工程地質(zhì)、施工記錄等資料，綜合判定缺陷的類型。例如人工挖孔樁，不可能出現(xiàn)縮頸；鉆孔灌注樁導(dǎo)管拔脫、澆筑過程中停電，可能引起斷樁、夾泥；混凝土攪拌過程中水泵或水泥輸送泵出現(xiàn)計量系統(tǒng)工作不正常、材料變異等導(dǎo)致混凝土拌合物離析；吊放鋼筋籠時刮蹭孔壁引起坍孔，則可能出現(xiàn)夾泥等缺陷。

6.要及時收集、保存數(shù)據(jù)

橋梁樁基一般施工周期長，施工工序間銜接緊，樁基檢測合格后馬上要進行下一步的系梁、承臺等施工。JTG／T F81-01-2004公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程明確規(guī)定：公路工程基樁應(yīng)進行100%的完整性檢測。故而一座橋的樁基一般少則幾次，多則十幾次才能完成檢測。筆者今年檢測一處橋梁的樁基，40根樁往返工地8次才全部檢完。這就要求測試人員要勤保養(yǎng)儀器，及時充電，保證儀器的正常使用，每次檢測前要設(shè)置好工地，檢測工作結(jié)束后必須將數(shù)據(jù)及時存儲與上傳至計算機，并要有每一樁基對應(yīng)的編號，以免混淆或由于其他原因引起數(shù)據(jù)的丟失。

結(jié)語

低應(yīng)變法是一種檢測樁基完整性的良好檢測手段，使用儀器設(shè)備簡便易攜、檢測速度快，費用低廉，檢測人員不僅要會操作，而且要有相關(guān)的地質(zhì)、施工、設(shè)計等方面基本知識，還須具有較強的綜合分析能力。因此，需要檢測人員不斷探索，不斷積累才能保證低應(yīng)變檢測數(shù)據(jù)的準確性。

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[2]郝清華,張利,郭鵬.低應(yīng)變法檢測樁基完整性應(yīng)注意問題探討[J].科技信息,2010.03.15.

[3]張文利.低應(yīng)變法檢測樁基應(yīng)注意的幾個問題[J].交通世界(建養(yǎng).機械),2009.10.08.