根據檢測實例—淺談基樁低應變反射波法的檢測

姚應見 王明洋 許勇

摘 要：本文結合工程實例，探討低應變反射波法在檢測基樁的完整性、可靠性中的應用及一些相關注意事項。

關鍵詞：低應變檢測；工程實例

前言

樁基礎是工程結構中采用的主要基礎類型，由于它是地下隱蔽結構物，在施工過程中易出現各類缺陷，故對樁基礎進行檢測是一項非常重要的工作。在各種檢測方法中，低應變反射波法目前應用最廣泛。我國開展低應變反射波法動力測樁技術研究始于20世紀70年代，經過不斷的發展完善，其現場檢測、波形分析、樁身完整性判斷各方面都比較成熟。

1 低應變法的基本原理

在樁基動態無損測試中，國內外廣泛使用的方法是應力波反射法，又稱低（小）應變法。其原理是根據一維桿件彈性波反射理論（波動理論）采用錘擊振動力法測試樁體的完整性，即以波在不同阻抗和不同約束條件下的傳播特性來判別質量。測試系采用手錘或力桿瞬時沖擊樁頭，激起振動，產生彈性（應力）波，以聲速沿樁長向下傳播，到達樁尖后，又向上反射，如果遇到阻抗界面（某截面出現擴徑或縮徑、斷裂或夾層等），產生回波反射，由放置在樁頭的拾振器，接受錘擊初始信號及反射信號，通過數字采集儀記錄，并將波形存儲在磁盤上，經計算機進行分析，打印出波形及結果。由于采用了數字采集及數字化處理系統，運用波動理論對波形進行分析判斷，從而可以獲得混凝土的平均波速、波形等參數，并以此可以判斷樁的完整性。

2 反射波法工程應用中的注意事項

2.1 資料的收集

在進行樁基檢測時應該注意資料的收集，結合資料來分析樁身的缺陷類型。 這些資料包括巖土工程地質勘察報告、樁基施工記錄、灌注樁的成孔工藝、成樁機具等。 根據這些資料，可以分析可能出現哪些缺陷， 甚至缺陷出現的部位。例如， 對于人工挖孔灌注樁， 不可能出現縮徑，而樁底浮渣可能是這類樁的主要缺陷； 對于振動沉管灌注樁， 必須注意樁身上部的缺陷，這類樁極易出現縮徑或斷樁現象。 當土層變化較大，應力波從硬土通過交界處進入軟土，由于樁周阻力的迅速減小，在交界處變相的引起類似阻抗的降低，發生“虛擬縮頸”等。 如果傳感器靠近鋼筋安裝，則鋼筋會對檢測波形產生影響。這些都是在進行樁基檢測時必須注意的問題。

2.2 激振問題

理論分析和多年的實踐經驗表明， 激振技術是反射波法完整性檢測的重要環節。 在檢測時，當測試短樁或淺部缺陷時，應使激發時間盡可能短；當測試長樁或深部缺陷樁時，應用較大的激發能量，并選用高信噪比的信號接收和處理系統。瞬態激振通過改變錘的重量及錘頭材料，可改變沖擊入射波的脈沖寬度和頻率成分。錘頭質量較大或剛度較小時，沖擊入射波脈沖較寬，低頻成分為主；當沖擊力大小相同時，其能量較大，應力波衰減較慢，適合于獲得長樁樁底信號或下部缺陷的識別。 錘頭較輕或剛度較大時，沖擊入射波脈沖較窄，高頻成分較多；當沖擊力大小相同時，雖其能量較小并加劇大直徑樁的尺寸效應影響，但較適宜于樁身淺部缺陷的識別和定位。激振時另外一個要注意的問題是激振的能量要適中， 并不是能量越大越好。對于硬土層， 由于樁身內脈沖波能量擴散較多， 其所需的激振能量應稍微大一些。 此外， 激振時要干脆、利索， 不要拖泥帶水，最好是由有經驗的人專門激振，以使每次的激振波形基本一致， 有利于對比分析。

2.3 樁頭的處理

樁頭處理的好壞直接影響傳感器接受信號的質量。因此，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槳或松散、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；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不緊密時，也應采用電鋸將樁頭鋸平。

此外， 預制樁在貫入過程中樁頭可能產生破損， 灌注樁在破除浮漿時也可使樁頭產生破碎（鑿除時使用大功率空氣泵易產生隱形裂紋）， 這將使彈性波能量快速衰減，嚴重時使激發的脈沖波不規則，嚴重影響檢測效果，甚至造成誤判現象。 因此， 我們在檢測時要注意樁頭情況。

2.4 傳感器與粘結劑的選擇

傳感器是基樁檢測的“眼睛”，它的頻響特性、阻尼大小、靈敏度和動態范圍等對實測波形的影響非常大。 反射波法對傳感器有特殊的要求， 由于傳感器處于激振點附近， 很強的激振信號要把畸變的接收下來， 同時又要把傳播幾十米長距離后反射回來的波接收轉換成電信號， 因此傳感器的量程范圍和動態范圍要足夠寬， 且要有較高的靈敏度。 在強烈的激振下，要求有良好的阻尼特性。 所以說， 我們可以使用不同特性的傳感器多測幾組曲線，通過對比分析進一步提高分析精度。

在傳感器性能較好的情況下， 必須選擇好粘結劑， 一般用普通橡皮泥作耦合劑即可（彈性好的不能用，易產生寄生振蕩）。 目前常用的粘結劑有石膏粉、橡皮泥、蛇皮膏、黃油等， 此外， 有些檢測人員還使用咀嚼后的口香糖作為粘結劑。 在這些粘結劑中， 石膏粉粘結的耦合頻率較高，而后幾種的耦合頻率較低。 應該注意的是，當樁頭較濕時， 采用橡皮泥和蛇皮膏作為粘結劑其粘結的效果不是很好，此時最好用石膏粉。

3工程實例

根據曲線判斷：圖1中K171#、104#樁分別在2.2m、1.4m嚴重缺陷，進行了開挖證實，缺陷位置斷裂；23#樁2.0m左右擴徑，并開挖證實；71#樁根據地質報告和現場大量對比測試，4.0m左右受土層變化影響為“虛擬縮徑”；1090#樁根據施工記錄，7.0m處為接樁縫。

4 結語

樁基工程是地下全隱蔽工程，由于復雜的地質條件等諸多因素的影響，給正確的檢測、有效的驗證帶來了較大困難，目前樁身質量檢測基本上仍處于定性階段。該方法在樁的質量判定上存在一定局限性，對波形的分析和判讀要求檢測人員具有豐富的實踐經驗。對于有缺陷的樁，需多方面綜合分析，核查樁位的地質情況及施工記錄等資料，如果有條件，可采用開挖、鉆芯、聲波透射等方法對缺陷部位進行驗證，確定缺陷類型和程度，然后采用合理的修補技術和補強處理措施，以保證樁基礎的質量。

[參考文獻]

[1] .建筑樁基檢測技術規范..北京： 中國建筑工業出版社，

[2]防災減災工程學報（2005年 第25卷 增刊）