低應變法在檢測樁身完整性中的應用

高攀　王晶

【摘 要】 樁基屬于隱蔽工程，為保證其安全可靠，質量檢測是十分必要的。樁身完整性檢測技術，通過幾十年的發展，其檢測方法取得了很大進步，由原來的單一性向現在的多樣性轉變。由于該方法檢測快捷、簡便易于操作和掌握。現在已經越來越廣泛地運用于工程建設領域。以下介紹了如何運用低應變法檢測樁身完整性。

【關鍵詞】 低應變法 樁身 完整性

1 基本原理

應力波反射法的測試原理是：在樁頂實施錘擊后，激起樁頂質點的位移，該位移在樁身中傳播而形成應力波。應力波在下行途中，如果遇到阻抗減小（夾泥、離析等），則產生上行的拉伸波。拉伸波到達樁頂面時，將導致樁頂面質點向下的速度增加；反之，如果遇到阻抗增大（擴徑等），則產生上行的壓縮波，該波運行至樁頂面將導致質點向下的速度減小；應力波運行至樁端，由于阻抗劇變，而產生更為強烈的上行壓縮波，即樁端反射。

所有這些信息都被安裝于樁頂的加速度傳感器接收，正是根據初始激振與樁端反射之間的時間差T及樁長L來推求應力波在樁身介質中的傳播速度C=2L/T。根據速度曲線的上下起伏，來判斷樁身的阻抗變化情況，再根據反射波到達樁頂的時間及波速來推求阻抗變化的位置，并判斷缺陷的程度，判定樁身完整性類別。

2 低應變法現場檢測技術

2.1 測試儀器和設備

2.1.1 測量響應系統。

建議低應變動力檢測使用的測量響應傳感器采用壓電式加速度傳感器。實踐表明，除采用小錘硬碰硬敲擊外.速度信號中的有效高額成分一般在2000Hz以內。但這并不等于說，加速度計的頻響線段達到2000Hz就足夠了。這是因為，加速度原始信號比積分后的速度波形中要包含更多的毛刺，高頻尖峰毛刺的寬窄和多寡決定了它們在頻譜上占據的頻帶寬窄和能量大小。當加速度計的頻響線性段較窄時，就會造成信號失真。

2.1.2 激振設備。

瞬態激振操作應通過現場試驗選擇不同材質的錘頭或錘墊，以獲得低頻寬脈沖或高頻窄脈沖。除大直徑樁外.沖擊脈沖中的有效高頻分量可選擇不超過2000Hz。樁直徑小時，脈沖可少窄一些。錘頭的軟硬或錘墊的厚薄和錘的質量都能起到控制脈沖寬窄的作用，通常前者起主要作用。而后者（包括手錘輕敲或加力重擊）主要是控制力脈沖幅值。

2.2 測試前的準備

2.2.1 樁頭處理。

樁頂條件和樁頭處理的好壞直接影響測試信號的質量。測試樁應鑿去樁頂浮漿或松散、破損的部分，并露出堅硬的混凝土表面，樁頂表面應平整干凈且無積水；應將敲擊點和響應測試傳感器安裝點部位磨平，多次錘擊信號重復性較差時，多與敲擊或安裝部位不平整有關，妨礙正常測試的樁頂外漏主筋應割掉。

2.2.2 測試參數設定：

（1）時域信號記錄的時問段長度應在2L/C時刻后延續不少于5ms；幅頻信號的頻率范圍上限不應小于2000Hz；

（2） 設定樁長應為樁頂測試點至樁底的施工樁長，設定樁身截面積應為施工截面積；

（3）樁身波速可根據本地區同類型樁的測試值初步設定；

（4）采樣時間間隔或者采樣頻率根據樁長、樁身波速和頻域分辨合理選擇：時域信號采樣點數不宜少于1024點；

（5）傳感器的設定值應按計量檢定結果設定

2.3 傳感器安裝與激振操作

2.3.1 傳感器安裝應與樁頂面垂直；用耦合劑粘接時，應具有足夠的粘接強度。

2.3.2 實心樁的激振點位置應選擇在樁中心，測量傳感器安裝位置宜為莊中心2/3半徑處；空心樁的激振點與測量傳感器安裝位置宜在同一水平面上。且與樁中心聯機形成的夾角宜為90度，激振點和測量傳感器安裝位置宜為裝壁厚的1/2處。

2.3.3 激振點與測量傳感器安裝位置應避開鋼筋籠的主筋影響。

2.3.4 激振方向應沿樁軸線方向。

2.3.5 瞬態激振應通過現場敲擊試驗，選擇合適重量的激振力錘和錘墊，宜用寬脈沖獲取樁底或樁身下部缺陷反射信號，宜用窄脈沖獲取樁身上部缺陷反射信號。

2.3.6 穩態激振應在每一個設定頻率下獲得穩定響應信號，并應根據樁徑、樁長及樁固土約束情況調整激振力大小。根據樁徑大小，樁心對稱布置2～4檢測點；每個檢測點記錄的有效信號不宜少于3個。

3 檢測資料分析與判定

4 檢測注意事項

4.1 測試時間

混凝土灌注樁的強度是隨其齡期增加而增大。當混凝土強度和彈性模量都達到一定值時，手錘敲擊樁頭才可能產生應力波，并在樁中傳播，如果樁體的彈性模量太小，即使增加錘擊能量也難于得到樁底反射信號。所以對于混凝土灌注樁測試，一般應選在樁身達到齡期后進行。

4.2 樁頭處理

在現場信號采集工作中，樁頭處理的好壞是測試是否能夠有效的重要因素，也是測試前需要準備的關鍵性步驟。樁頭應為達到設計標高的有效樁頭，必須鑿去表面浮漿，暴露出堅硬部分含骨料的混凝土為止，且樁頭不能破碎、含水，不能有雜物，并用角向磨光機打磨若干個平整光潔的面，以便安裝傳感器和有良好的錘擊平面。

4.3 傳感器的選擇與安裝

測振傳感器是基樁低應變檢測中最基本的重要測試元件之一，它將機械振動參量換成電信號，其性能參數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。

4.4 激振錘與錘擊點

低應變法的振源主要由手錘敲擊樁面而產生。錘擊產生的應力波的差異，對測試信號的質量有極大的影響。錘擊脈沖過寬，會掩蓋樁身淺部問題；錘擊脈沖過窄，會出現應力波彌散。錘擊能量過小，就很難將整個樁激振，特別對一些大、長樁，就很難看出樁底反射。錘擊時，應盡量保證錘擊方向與樁面垂直，以減少水平分量對波形產生的干擾。

4.5 信號采集

信號采集較好的波形應該具有以下特征：①多次錘擊的波形重復性好；②波形真實反映樁的實際情況，完好樁樁底反射明顯；③波形光滑，不應含毛刺或振蕩波形；④波形最終回歸基線。不同檢測點及多次實測時域信號一致性較差時，應分析原因并在檢測現場及時研究，排除影響測試的不良因素后復測。當隨機干擾較大時，可采用信號增強方式，進行多次重復激振與接收。

4.6 場地條件

樁周土對低應變低應變法檢測采集波形曲線也具有較大影響，因此，每個檢測工地均應進行激振方式和接收條件的選擇試驗，確定最佳激振方式和接收條件。

4.7 檢測信號處理

對樁底反射信號不明顯的情況，結合原始波形，適當地對波形進行指數放大，可以確保在樁頭信號不被削波的情況下使樁底信號得以清晰地顯現出來。為使波形更容易分析判斷，經常在波形分析處理時采用到波形的濾波。實際工作中，多采用低通濾波，而低通濾波頻率上限的選擇尤為重要，因而須注意選擇適當的參數。

5 結語

現場測試與分析可知，低應變法在對樁的完整性進行檢測時結論較為準確有效，可以滿足工程實踐的需要。通過此方法的具體分析，我們必須做到嚴格執行每一個環節，保證低應變法檢測基樁完整性的準確性，從而保證工程質量。

參考文獻

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