低應變法在基樁完整性檢測中應注意影響精度的幾個問題

殷 勇

(攀枝花天譽工程檢測有限公司，四川攀枝花617023)

我國幅員遼闊地質情況復雜，樁基廣泛應用于建筑結構。低應變法檢測樁身完整性具有價格低、檢測速度快、可普查、能提高樁基工程整體的可靠度等優點，所以低應變法是基樁檢測的最常用的方法。然而這種方式卻存在很多問題，只有解決了這些問題才能確保我們的基樁質量。

1 檢測原理

低應變反射波法檢測樁身結構完整性的基本原理是：低應變反射波法基本理論是假設樁為連續彈性一維均勻介質的桿狀物體，當應力波在桿中傳播時，其大小不會發生變化，波的傳播方向與應力波中質點運動方向相同，但與拉伸波中質點的運動方向相反。反射波法檢驗樁的結構完整性就是利用應力波的這種性質，當樁身某截面出現擴、縮頸或有夾泥截面等情況時，就會引起介質的阻抗變化，從而使一部分波產生反射并到達樁頂，由安裝在樁頂的拾振器測試并記錄，由此可以判斷基樁的完整性。

由此可知，如能測到彈性波的傳輸時間，當波速已知時，即可確定反射波的位置；反之，如樁長已知，即可測到混凝土波速。

2 影響低應變法在基樁完整性檢測中的因素

2.1 瞬態激振法在樁身完整性、質量檢測時的判定及缺陷特征

2.1.1 明確定義樁身完整性質量檢測的標準問題

隨著樁基完整性檢測方法的不斷進步，樁基規范對樁身的完整性類別進行了劃分，把樁基分為Ⅰ類樁、Ⅱ類樁、Ⅲ類樁和Ⅳ類樁。其實這種劃分方法沒有一個統一的依據。由于這種檢測方法只是對樁基本身的材料、尺寸、缺陷度等幾方面的質量問題進行檢測，所以這種劃分方法和這種檢測方法完全依賴于承載力能否達標。而低應變法還不能直接檢測樁基承載力，并且這種檢測方法對于樁基本身的承載力依賴較大，完全憑檢測人員的經驗判斷，因此在實際施工過程中完全可能存在低應變法檢測的樁身存在嚴重缺陷。在設計院設計承載力保守的情況下，靜荷載試驗仍然是可以通過的，低應變檢測合格的樁基，如果樁端沒有打入持力層，其承載力也有可能不滿足設計要求。所以這種檢測方法不能定量，低應變檢測樁基方法還只能是一種檢測樁身缺陷的定性分析方式。

2.1.2 不同類型樁的缺陷特征

樁身的缺陷對于預制樁來說，多數表現為樁頂破裂或者是淺部有裂痕等，如果在運輸中沒有出現損壞或者是接樁不良的現象，那么這類樁基本是安全可用的。對于灌注樁樁身的完整性檢測過程比較繁雜，因為樁成型之后不可見，其質量不僅受到施工過程中人為因素影響，還受自然因素如地質條件等因素的干擾，一般缺陷是縮徑、擴徑、混凝土離析等，其中縮徑情況嚴重會斷裂。還有開挖時機械的損壞，這類樁的檢測曲線比預制樁復雜的多，截面具有變化性，這也是缺陷的表現，很多的情況下會使曲線更加混亂，分析過程就會困難重重。而樁周圍的土對曲線影響也較大，因為土和樁同時受力，并且土的摩擦力和阻力不是均勻分布的，如果摩阻力突變，那么樁土系統阻抗也會突變，這就對應力波的傳播造成了嚴重的干擾。還因為其本身會出現反射情況，使缺陷判斷的難度大大增加，在檢測過程匯總，樁身周圍土的分布一般是上部是硬土，下部是軟土，應力波通過這樣的界面后，土的摩阻力減小，這樣使其引起的阻抗也有所降低，縮徑的假象就很容易出現了。而這種界面的變化性也較大，受到地層和地下水位變化等因素影響，也是發生事故頻率較高的地方。沉管灌注樁會受到施工時給相鄰樁帶來的干擾，如果施工中沒有合理安排順序，尤其是在小樁距的施工中，相鄰樁樁身的質量問題就難以保證，特別是淺部，頻繁出現的缺陷是斷裂。由此說明，灌注樁樁身完整性檢測的分析，要結合各種自然因素、人為原因以及施工地地質的具體情況，還有施工中做的記錄等多方面綜合考慮，然后進行判斷。

2.2 影響敲擊脈沖寬度的因素

低應變法檢測樁基完整性是在一維波動理論上建立起來的，樁基實際上是一個三維物體，一維波動理論提出只有三維物體在脈沖中的高頻分量的波長遠遠大于10倍物體直徑時，這種分析方法才有實際應用價值。并且要求高頻分量又不能太大，這就要求我們在實際檢測時對敲擊脈沖寬度有一定的控制，如果脈沖寬度過窄，窄脈沖不能有效地避免高頻成分帶來的干擾，窄脈沖的低頻分量增加不能加大測試的深度。錘頭硬度、錘重、錘墊厚度和軟硬程度都是影響敲擊脈沖寬度的因素，要想使脈沖越寬就要使錘墊越厚，并且要控制在4～5 s內，脈沖過寬易掩蓋淺部缺陷反射，且會降低測試的靈敏度。

2.3 測試操作人員對信號質量的判斷

信號質量的判斷中，操作人員需要先判斷各錘、各個傳感器和檢測點間信號是否一致。而達到真正的一致應該是樁土系統震動或者反射特征之間的一致，這是在信號中記錄的。測試中還要以時域和頻率分析相互結合。

確定好一致性問題之后，就需要對信號質量進行判斷。信號初始應該起跳利落，雜波盡量減少，沒有漂移和非正常震蕩情況，樁底反射明顯，尾部歸零，只有達到這樣的情況下所采集的信號才可以用于分析。如果沒有達到這個要求，需要直接在現場調查原因。耦合劑過厚引起傳感器接觸不好，會導致信號出現低頻、振幅加強、無法衰減到零。如果傳感器接觸良好的情況下，浮漿未處理或是樁頭的淺部松散、斷裂也可能導致信號出現問題，此時就需要處理后重新測試。操作人員對于現場測試信號的質量好壞要嚴格監控、測試和控制，采集到有效真實的信號，這是必要的。為了確保最后分析和判斷的準確性、精確度，就一定要保證資料可靠、質量保證，這是分析樁基完整性測試的重要保證。

3 加強檢測的控制措施

綜上所述是影響低應變檢測樁基方法效果的幾個重要技術因素。最重要的影響檢測結果的是人為主觀因素。一旦測試人員對質量監控的意識低下，測試過程中三心二意，只憑經驗不遵守有關規程、規范，再加上經驗不足或者技術太差，就將造成嚴重的錯判誤判，給工程質量帶來隱患或沒必要的經濟損失。應該從以下幾個方面進行有效控制：

(1)不斷的對測試人員進行技術培訓，思想教育。提高測試人員的職業素質，建立質量終身責任掛鉤制度、季度考核，測試人員必須嚴格遵守相關的規范，具有憂患意識。

(2)對于檢測設備的維護和保養工作要嚴格重視，定期檢測儀器的精度，并生成檢測報告備案，以保證儀器的性能和良好的工作狀態，在檢測之前要進行開機試驗，工作狀態正常才可以使用，以免后患。電池、電瓶要及時充電，傳感器定期標定，嚴格杜絕不合格的傳感器使用，對于一個工程中的傳感器要進行一致性檢測，以減少傳感器帶來的誤差。

(3)材料因素是保證擊振裝置具有良好重復性。 為了保證信號最終質量，使用絕緣、屏蔽效果良好的電纜。耦合劑盡量選擇粘度適中的。而提高觸發時的精確度和靈敏性，觸發器最好使用壓電陶瓷片進行觸發，因為它具有高靈敏度、延遲時間較短的優勢。

(4)測試前準備工作：要求受檢樁樁頂的混凝土質量、截面尺寸應與樁身設計條件基本等同。灌注樁應鑿去樁頂浮漿或松散、破損部分，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量傳感器安裝點部位磨平，妨礙正常測試的樁頂外露主筋應割掉。對于預應力管樁，當法蘭盤與樁身混凝土之間結合緊密時，可不進行處理，否則應采用電鋸將樁頭鋸平。

(5)傳感器的安裝、激振點位置和敲擊方式的選擇都是測試方法可能影響結果的因素。傳感器用耦合劑粘結時，粘結層應盡可能薄；必要時可采用沖擊鉆打孔安裝方式，傳感器底安裝面應與樁頂面緊密接觸。激振以及傳感器安裝均應沿樁的軸線方向。 激振點與傳感器安裝點應盡量遠離鋼筋籠的主筋，傳感器安裝點與激振點距離和位置不同，所受干擾的程度各異。研究成果表明：實心樁安裝點在距樁中心約2/3半徑R時，所受干擾相對較小；空心樁安裝點與激振點平面夾角等于或略大于90°時也有類似效果。因此一定要保證傳感器安裝準確，堅守平、穩、牢三點原則。

(6)測試時環境也是影響結果的因素之一。一定要在測試之前對環境分析，采取避開環境因素帶來的干擾和振動。傳感器放置在新鮮的混凝土表面上，對50 Hz電磁干擾應利用儀器內的功能壓制或消除干擾。

(7)開始檢測前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2 000 Hz。樁直徑小時脈沖可稍窄一些。選擇激振設備沒有過多的限制，如力錘、力棒等。樁長參數應以實際記錄的施工樁長為依據，按測點至樁底的距離設定。測試前樁身波速可根據本地區同類樁型的測試值初步設定。根據前面測試的若干根樁的真實波速的平均值，對初步設定的波速調整。

(8)檢測過程中，同一工程的同一批試樁的試驗操作宜保持同等條件，根據樁徑大小，樁心對稱布置2～4 個檢測點；每個檢測點記錄的有效信號數不宜少于3個，而且應具有良好的重復性，通過疊加平均提高信噪比。

4 結束語

建筑工程中對于樁基的檢測越來越重視，低應變法檢測是建筑工程最常用的樁基檢測方法。目前低應變法檢測還存在很多問題，只有解決了影響低應變檢測法的因素，才能從根本上杜絕樁基給建筑工程帶來的安全隱患。加強對檢測人員的職業素質教育，加強對檢測設備的維護和保養，這 樣才能不斷提高低應變法檢測樁基技術，為建筑工程打好根基，促使建筑業健康發展，鑄造更多的精品。

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