低應變反射波法在樁基檢測中的應用

青海省核工業地質局 臧麗萍

低應變反射波法在樁基檢測中的應用

青海省核工業地質局 臧麗萍

一、低應變反射波法的原理

低應變反射波法是以一維彈性理論為基礎的。在該檢測方法中，將需要檢測的樁簡化成1根一維彈性細長桿（具有一定的約束力），假設樁身材料均勻（或分段均勻）且各向同性，當有一脈沖力施加到樁頂時，其中就會有彈性應力波產生，此時樁身的動態響應可以被安裝在樁頂的傳感器接收，進而可以分析出應力波的變化特征，最終即可判斷出樁身質量及其完整性。在分析檢測過程中，主要用到以下公式。

式（1）中，Z為波阻抗，ρ為樁身材料密度，c為波速，A為樁身截面積。

式（2）中，Vi為入射波波速，Vr為反射波波速。

式（3）中，Z1，Z2分別為1，2的波阻抗。

式（4）中，c為波速，Δt為時差，L為缺陷深度。

二、現場測試時的控制要點

1.測試時間。混凝土強度會隨著其齡期的增加而增加。當混凝土強度和彈性模量達到一定值的時候，用鐵錘在樁頭敲擊樁體中就會產生一定的應力波，并且應力波會在樁體當中傳播。但如果樁體的彈性模量較小時，就算有再大的敲擊能量，也不會有應力波出現。因此，應在樁身混凝土達到一定齡期之后再進行相關樁檢試驗。一般樁檢試驗都在成樁14 d后進行，對于長樁來說更應如此。對于預制剛性樁，由于打入時樁的側摩阻力具有一定的時效性，剛打入時樁所具有的摩阻力與打入后7 ～14 d的摩阻力有很大差距，因而需要在樁被打入后立即進行檢測，這樣有利于獲取樁底反射。需要注意的是，若預制樁是被靜壓打入的，則應在相鄰樁打入之后再進行檢測。

2.樁頭處理。處理樁頭時，首先應確保其達到設計的有效標高，其次必須將樁頂的污泥、積水清理干凈，樁頂松散部分應被開鑿至露出嶄新截面，并且應確保其具備一定強度，尤其應確保傳感器的安裝部位及錘擊點平整、堅實。如果樁頭在松散部位安裝傳感器，那么測得的信號就會不理想，甚至會測不到信號；如果錘擊點過于松散，就會導致大量能量被消耗，致使樁體無法被整體激振，最終會影響整體質量。對于樁頭露出的鋼筋籠，應選擇適合的高度將其分開。如不對其進行適當處理，敲擊時鋼筋上產生的振動反射波會疊加于入射波中，最終會對識讀淺顯部位的缺陷波形產生一定影響。在樁檢現場，應保持無其他振動；不能邊破樁頭邊測試，否則破樁頭的風鎬聲和氣泵聲會導致傳感器無法分辨觸發。對于預應力管樁，當樁身混凝土已與法蘭盤緊密結合，就可以不再進行任何處理，否則就需要鋸平樁頭，如果承臺或墊層與樁頭相連，則需將其斷開。

3.安裝傳感器。檢測實心樁時，應將傳感器安裝在平整樁面的2R/3堅實處。空心樁的傳感器安裝點與激振點的平面夾角應≥90°，并且要遠離激振點以及樁頭露出鋼筋的位置（一般需要＞ 50 cm），以免雜波對檢測造成干擾。如果樁的直徑較大，則可以安裝2個或2個以上傳感器。

4.錘擊激振。錘擊激振時，需要考慮錘體的質量、材質以及錘墊厚度等問題。如果錘擊脈沖過寬，就會將樁身的淺部問題掩蓋；如果錘擊脈沖過窄，則會出現應力彌散現象。另外，如果錘擊的能量過小，就很難使整個樁體產生激振。

如果錘擊碰撞的時間較短，其聲音較為清脆，則其頻率就較高；如果碰撞的時間太長，并且聲音過于沉悶，其頻率就會偏低。在樁土系統阻尼的作用下， 高頻率震源會很快出現衰減現象，但其穿透力在判斷淺部缺陷時具有一定優勢，可由于震源頻率高時會有大量沖擊主頻產生，會導致信號出現漂移，因而對濾波的要求比較高；低頻震源能夠將不合理的振蕩消除掉，其波速偏低，穿透力較強，并且衰減速度較慢，所以對深部缺陷以及大、長樁的檢測效果較好。

錘擊時，應注意合理把握輕重，做到一錘定音（垂直），避免連續敲擊，并且要讓力棒自由下落（一般來說，最佳高度為50 cm）。但如果測試時存在較大干擾，則可以增強信號，提高信噪比。

5.防治干擾。在檢測現場，常見的干擾一般有振動與機電兩種類型。振動干擾如打樁等，交流干擾多是信號、電源的輸入端感應等。如果地面潮濕、下雨或者周圍存在強電磁場，則可采取將信號線懸空和換用直流電源的方式進行防治。注意不要用手直接碰觸信號線的裸露部位。