樁基無損檢測的應力波反射法及其影響因素與對策分析

常 輝

（寧夏建筑科學研究院有限公司，寧夏 銀川 750021）

0 引言

樁基檢測一般是指樁身的完整性和單樁的承載力兩方面的檢測，進而到整個樁基工程的檢測與評定。樁基礎質量好壞直接關系到建筑物的安全，通過質量檢測可及時發現和消除樁基工程質量隱患，質量檢測是控制樁基質量的重要手段。提高樁基檢測的可靠性，必須通過管理和技術的手段，科學運用檢測技術及方法，切實避免工程隱患。

1 樁基無損檢測的應力波反射法

所謂應力波就是彈性介質施加應力會產生彈性變形，由于連續介質性，彈性變形又產生彈性力，彈性力又產生彈性變形，在彈性介質中以波的形式傳播。應力波反射法就是以應力波在樁身中的傳播反射特征為理論基礎的一種方法，就是利用錘、棒等激振設備敲擊樁頂，在沖擊力的激勵下，樁頂產生振動，并且振動以波的形式沿樁身向下傳播，如果遇到缺陷或達到樁底則產生反射波；在樁頂安裝傳感器（常用速度傳感器或加速度傳感器）測取樁頭的振動及回波，根據回波的時間及相位可判別缺陷的位置、性質等。作用在樁頂上的動荷載遠小于樁的使用荷載，不足以使樁產生貫入度，只產生彈性變形。

2 應力波反射法測試的影響因素及對策

2.1 樁頭的處理

樁頭處理特別重要，樁頭清理的好壞將直接影響到檢測結果的質量。對于安裝傳感器的檢測面和激振點的敲擊面要堅實平整，必須用砂輪打磨平整，并基本與樁身軸線垂直，使激勵點和信號接收點直接處于混凝土母體上，同時樁頭應充分地清掃干凈并吸干漬水。

實心樁的處理：用磨具在距樁中心約 2/3樁徑且遠離主筋處均勻分布打磨出 3-4個與樁身軸線垂直的砼平面，用來安裝傳感器.再在樁中心打磨一平面用作激振點裝點，空心樁的處理：激振點和傳感器宜在同一平面內，且與樁中心連線形成的夾角宜為90°，激振點和傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。樁頭出露的鋼筋籠應以不影響敲擊為準，并且高度應適中，因為當小錘敲擊樁頭時產生的激蕩應力波易于在鋼筋上產生振蕩反射疊加于入射波中，從而影響淺部缺陷波形的識讀。

2.2 傳感器的選擇與安裝

測振傳感器是反射被動測中最基本的重要測試元件之一，它直接與被測樁相連接，將機械振動參量換成電信號，它的性能參數的好壞，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。

傳感器的安裝應該注意以下幾個方面：

1）在傳感器安裝時，應必須確保傳感器的軸線與樁身的縱軸線平行（或確保傳感器的軸線與樁頭平面垂直）。

2）傳感器的安裝可采用膠粘接、石膏粘接、薄蠟或潤滑脂粘接和橡皮泥粘接等方法與樁連接。下面介紹幾種較常用的粘合劑：粘性好的黃油或凡士林，經濟實用，但黃油較臟，凡士林較干凈；干凈方便的牙膏；不論采用何種方式粘接，都必須保證傳感器與樁頂之間有一個良好的耦合效應。在保證粘接效果的前提下，盡可能減少傳感器和樁頂之間的粘接材料厚度，并在粘接物材料完全固化后進行檢測。

3）對于實心樁，傳感器應布設在距樁中心約2/3樁徑且遠離鋼筋籠主筋處，對于空心樁，傳感器和激振點應在同一平面內，且與樁中心連線形成的夾角宜為90°，激振點和傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。

4）傳感器是否安裝好，可用手指輕彈傳感器側面，若傳感器紋絲不動則說明已經安裝好。

2.3 土層的影響

在對樁基進行低應變反射波法測試時，要充分考慮到樁周土層對所采集波形曲線的影響。檢測人員往往只注意到樁身波阻抗變化造成的信號反射，而忽略了應力波在樁身中傳播時，不僅受到樁身材料、剛度及缺陷的影響，還受到樁周土層的土模量大小的影響。當樁周土從軟土層變化到硬土層時，采集的波形曲線會在相應位置處產生類似擴徑的反射波，而當樁周土從硬土層變化到軟土層時，采集的波形曲線會在相應位置處產生類似縮徑的反射波。如果不考慮樁周土對采集波形曲線的影響，不了解樁側的地質情況，容易對基樁產生誤判。

因此，為更好地對樁的質量進行分析和判斷，首先，必須對測試工地的有關資料進行全面地收集和了解，其中包括收集工地的地質資料，查閱巖土的物理力學指標，弄清土層的分布和走向，特別要了解在基樁長度范圍各地層的含水量、孔隙比、壓縮模量、容重、內摩擦角、地基承載力以及側摩阻力和端阻力的建議值。

2.4 測試時間的選擇

測試時間應當根據樁的類型、強度、彈性模量等選擇合適的時間，例如混凝土灌注樁的強度是隨其齡期增加而增大的，當混凝土的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，測試時間一般應選在樁身達到規范規定的齡期后進行，特別對長樁更應如此，并且被測樁還應達到規定的養護齡期。

2.5 檢測點和激振點的選擇

測樁目的是激勵樁的縱向振動振型，但相對樁頂橫截面尺寸而言，激振點處為集中力作用，在樁頂部位難免出現與樁的徑向振型相對應的高頻干擾。當錘擊脈沖變窄或樁徑增加時，這種由三維尺寸效應引起的干擾加劇。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2/3R處，所受干擾相對較??；空心樁安裝點與激振點平面夾角等于或略大于900，位置宜為樁壁厚的1/2處，該處相當于徑向耦合低階振型的駐點。此外檢測點的布置位置對大直徑樁特別重要。對于樁徑大于500mm的樁應多布置幾個檢測點（至少三點），敲擊至少兩點以上測得的原始波形進行分析，激振點選在樁頭中心部位。

2.6 濾波的影響

濾波是波形分析處理的重要手段之一，是對采集的原始信號進行加工處理，它是為了將測試信號中無用的或次要成的波濾除掉，使波形更容易分析判斷。在實際工作中，多采用低通濾波，而低通濾波頻率上限的選擇尤為重要，選擇過低，容易掩蓋淺層缺陷，選擇過高，起不到濾波的作用。斷裂、縮頸、離析、夾泥、空洞等是常見的缺陷，一般表現為反射波與入射波同相，但從時域曲線上嚴格區分這些缺陷有一定的難度，建議結合頻域曲線、工程地質條件、施工情況進行判斷，實際工作中如果無法準確判定缺陷性質，只要指出缺陷深度與程度提醒委托方注意即可，比輕易下結論更好。

2.7 激振錘的選擇

激振效果的好壞，主要受碰撞材料的重量、硬度、彈性模量、接觸面積以及碰撞方向和碰撞速度等影響。一般來說，材質越軟，敲擊速度越低（提升高度越低），一般情況，宜采用尼龍錘敲擊，對于淺部缺陷應采用鐵錘敲擊。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。

3 結束語

總之，樁基質量檢測技術涉及到巖土力學、振動學、樁基施工技術等諸多學科知識，它既不同于常規的建筑材料試臉，又不同于普通的建筑結構測試，是一項系統的工程。提高樁基檢測的可靠性，必須通過管理和技術的手段，科學運用檢測技術及方法，切實避免工程隱患。

［1］徐天平.基樁質量檢測技術[M].北京:中國建筑工業出版社,2003.

［2］基樁低應變動力檢測規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2003.