綜述低應變反射波法基樁檢測的應用

羅 昊 然

(南京南房建設工程檢測有限公司，江蘇 南京 210005)

綜述低應變反射波法基樁檢測的應用

羅 昊 然

(南京南房建設工程檢測有限公司，江蘇 南京 210005)

闡述了低應變反射波檢測法的工作原理以及現(xiàn)場采集要點，并針對基樁檢測中，低應變反射波法檢測技術常見問題和局限性進行了分析論述，對提高基樁檢測結(jié)果的可信度具有重要意義。

反射波法，基樁檢測，缺陷

1 基本原理

反射波法是以應力波在樁身中的傳播反射特征為理論基礎，在頂部進行豎向激振時，使樁中產(chǎn)生應力波，彈性波從樁頂向下傳播至樁底過程中，遇有樁身存在斷樁、離析等明顯不同的界面或縮徑、擴徑樁截面發(fā)生變化的部位時，波阻抗發(fā)生變化，產(chǎn)生反射波和透射波，通過分析反射波的性質(zhì)及不同特點，判定樁身缺陷程度和位置。

2 低應變現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集要點

1)對測試工地的有關資料進行全面收集和了解,重視土層、地質(zhì)環(huán)境特別是軟硬地層界面對應力反射波傳波的影響，了解施工工藝、打樁過程中曾出現(xiàn)過的故障和處理過程，以避免不必要的誤判。

2)樁頭處理和傳感器安裝。a.鑿去樁頂浮漿，鏟除松散部分，露出含骨料新鮮、堅硬混凝土表面，盡量保證樁頭的完整和樁頂?shù)钠秸荒軐渡砼眩膊灰粝码[性裂縫，樁頭的破碎部分清理干凈且頂面無積水，凹凸不平處宜用砂輪打磨3個～4個小平面，妨礙測試的外露主筋應割短至不影響采樣為準，當樁頭與承臺或墊層相連時，應斷開。b.對圓形實心樁激振點應選擇在樁中心，距樁中心2/3倍半徑處均勻布置3處～4處作為傳感器安裝點。當樁徑較大或樁上部橫截面尺寸不規(guī)則時，根據(jù)實測信號，應及時更換激振點或傳感器接收點位置。c.傳感器安裝部位的混凝土應磨平，傳感器的底面與樁頂面之間不得有縫隙，可采用橡皮泥、黃油或石膏等粘貼在打磨過的接收點，粘結(jié)層盡可能薄，與樁頂耦合緊密，有足夠粘結(jié)強度，并保持傳感器與頂面相垂直。

3)選擇激振設備。激振為了減少敲擊時水平分量，應沿樁軸線方向。敲擊脈沖的寬度與錘墊的厚度、軟硬程度、錘體的材質(zhì)、質(zhì)量以及沖擊能量等因素有關。錘頭質(zhì)量大、硬度小，激振產(chǎn)生的入射波以低頻寬脈沖為主，便于判斷整個樁樁身的完整性和樁底反射信號。錘頭質(zhì)輕或硬度高時，產(chǎn)生的入射波脈沖信號尖而高，可獲得較精確的樁頂入射波起始點，較適宜于樁身淺部缺陷的識別及定位，但較易激勵出高頻應力波，容易受淺部樁頭不規(guī)則、鋼筋籠諧振的影響產(chǎn)生干擾信號。

3 樁底反射

現(xiàn)場檢測時，能識別出樁底反射信號，才能有效判定整根樁的完整性。樁底反射除了與樁的長徑比、錘擊能量有關，主要由樁與土的剛度比決定，樁土剛度比愈大，應力波的衰減愈小，相反細長摩擦樁，應力波的傳播會嚴重衰減。檢測樁底反射，宜使用質(zhì)量較大或硬度較小錘頭，使得沖擊能量大，應力波衰減慢，入射波以脈沖寬、低頻為主，判讀波形時借助指數(shù)放大，即便如此，并非所有的樁均能測得樁底反射，以下幾種情況就很難見到樁底反射：

1)樁較長、樁身遇有嚴重缺陷或接樁部位較多，且接樁效果較差時；2)樁身阻抗與持力層阻抗匹配良好；3)樁身截面變化不規(guī)則；4)樁周土約束很大，應力波衰減很快；5)嵌巖樁且嵌固良好，墊層與樁澆筑為一體時可能無法測得樁底反射。

雖然許多情況下，樁底反射信號不易識別，但若樁身在有效檢測的深度內(nèi)存在缺陷，缺陷的位置就會在采樣波形上有所反映，所以反射波法仍可檢測有效測試范圍內(nèi)是否存在缺陷。

4 低應變反射波法檢測技術的認識

1)淺部缺陷檢測：在頂部激發(fā)產(chǎn)生的脈沖波，經(jīng)常會出現(xiàn)表面波、剪切波在樁頂來回反射、耦合形成高頻干擾信號，高頻干擾信號掩蓋了樁身缺陷及樁底反射信號。在樁淺部存在嚴重缺陷時，一維應力波的理論假設不成立，實測波形呈現(xiàn)振蕩信號，造成了測試盲區(qū)。盲區(qū)的大小可以通過使用合適的傳感器，減小錘擊能量、變換錘擊點、傳感器安裝位置等方式保證彈性波的垂直傳播，減少淺部折射損失來減小盲區(qū)范圍。一般可測到距樁頂2 m左右的嚴重缺陷，在淺部位的缺陷，敲擊樁頭時聲音異常，用錘敲擊樁側(cè)時，能感到樁頭的振動。當以重錘激振時，實測波形表現(xiàn)為寬峰或者大低頻信號，而用輕的剛性錘激振時，波形初至波攜帶高頻子波為多次等間隔振蕩峰。淺部缺陷曲線一般有三種形式：明顯的周期反射波形、低頻寬脈沖信號、低頻疊加高頻波周期反射。缺陷位置可通過經(jīng)驗判斷，通過開挖驗證。

2)深部缺陷：低能量高頻入射波傳播時衰減嚴重，傳遞的深度有限，不宜用于長大樁測試，而高能量低頻寬脈沖有利于深部缺陷的檢測。樁底混凝土與樁端持力層阻抗相差越大越容易測出樁底反射波，強度高、齡期長的樁在相同施工條件下樁底反射更明顯，都說明了樁周土阻力、樁身強度、樁身阻抗多變對應力波的影響，使得我們的樁身有效測試深度變化大，有時很難測出深部缺陷。

3)缺陷定量判定缺乏依據(jù)：樁身完整性判定，主要是以實測時域信號特征為主，結(jié)合頻域曲線，兩者相互印證與補充，進行綜合分析。對于時域曲線的反射波形特征，一般根據(jù)反射波信號強弱、周期性反射以及衰減特性來判定樁身缺陷的程度，當缺陷十分明顯，應結(jié)合設計樁型、成樁工藝、樁側(cè)土地質(zhì)條件等有關情況進行綜合分析。分析不同時段或頻段信號所反映樁身阻抗信息，來確定缺陷的位置。根據(jù)反射波的相位特征、有無樁底反射波以及反射波的振幅衰減、諧振峰變化情況，判斷樁身是否存在缺陷或者斷裂。對于樁身缺陷類型，曲線信號只反映出樁身阻抗衰減，其具體類型需綜合考慮地層及施工情況或借助其他手段判斷。但是對于缺陷在樁軸向的高度、徑向的分布以及缺陷質(zhì)量下降的程度缺乏完整的分析、評價依據(jù)。

4)地質(zhì)條件對檢測結(jié)果的影響。由于土層的突變，造成樁周土的波阻抗發(fā)生了變化。當樁周土從軟土層變化到硬土層時，將會產(chǎn)生類似擴徑的反射波，而硬土層中有軟弱的樁周土夾層時，會在相應界面處形成類似縮徑的反射波。只有了解地質(zhì)情況、考慮樁周土對采集波形的影響，才能對基樁質(zhì)量產(chǎn)生合理判斷。要仔細分析哪些缺陷是因施工質(zhì)量引起的，哪些受樁身構(gòu)造、成樁工藝、土層影響造成的類似缺陷信號，應結(jié)合經(jīng)驗，參照本地區(qū)、本場地的同類型樁進行綜合分析，方可得到較為準確的判斷結(jié)果。

對于嵌巖樁，要看樁底沉渣、樁端持力層，如果嵌巖程度良好，可視為桿件的固定端，那么嵌巖樁的樁底反射波形與激振脈沖方向是相反的。當樁底的巖石與樁身混凝土的波阻抗相差不大時，樁底反射不易識別。如在同一場地、同一施工條件下其他樁樁底反射不明顯，而有些樁能測出明顯的樁底反射，有可能是樁底沉渣較厚。

5 反射波法的局限性

1)定量化分析不夠，缺陷判斷的可靠度仍需提高。2)計算缺陷深度、樁長與實際情況存在差別。3)平均波速與混凝土強度之間的關系無法準確確定，不能提供混凝土強度，也難以判斷樁底沉渣具體厚度。4)對于樁身存在輕微缺陷、多處缺陷、深部缺陷以及超長樁，反射波法很難正確檢測，分析時容易誤判、漏判。5)適用于檢測預制樁、灌注樁，不宜用于檢測異型樁、水泥攪拌樁。

6 結(jié)語

反射波法在樁身完整性檢測方面，具有操作簡便、檢測效率高、成本低的優(yōu)點，適合基樁大面積普檢。檢測過程中，必須從樁頭處理、參數(shù)設置、傳感器安裝、激振方式等，每一個環(huán)節(jié)都認真操作，才能保證采集信號的真實性。應清楚反射波法的局限性，不要得出該方法能力范圍以外的結(jié)論，認清這些問題有助于提高檢測結(jié)果的可信度。

[1] 羅騏先.樁基工程檢測手冊[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2] 陳 凡，徐天平，陳久照，等.基樁質(zhì)量檢測技術[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] 余報楚，路 靖，吳 俊.基于低應變法樁身完整性的檢測與工程實例分析[J].山西建筑，2014，40(5)：51-52.

Review the application of low strain reflection wave method pile foundation detection

LUO Hao-ran

(Nanjing Nanfang Construction Engineering Detection Limited Company, Nanjing 210005, China)

This paper described the operating principle and field collection key points of low strain reflection wave detection method, and according to in pile foundation detection, analyzed and discussed the common problems and limitations of low strain reflection wave detection technology, had great significance to improve the reliability of pile foundation detection results.

radiation wave method, pile foundation detection, defect

1009-6825(2014)31-0103-02

2014-08-19

羅昊然(1968- )，男，工程師

TU473.16

A