淺談低應變在實際工程中的應用

葉乾晶

慈溪市誠宏建設工程檢測有限公司 315300

摘要：低應變反射波法作為無損檢測的手段，近年來越來越被應用在樁身完整性檢測中，不同缺陷類型在低應變檢測中的曲線表現不同，本文簡述了低應變反射波法的分析原理并結合工程實例中的實際低應變曲線，對不同類型的缺陷進行了總結，同時提出了低應變現場檢測中需要注意的問題。

關鍵詞：基樁檢測；完整性；反射波法；缺陷檢測；實例分析

一、引言

低應變反射波法，近些年來越來越被多的作為檢測樁身完整性的一種有效手段，其便捷性，成本低，對樁身無破壞，更是得到業主和施工單位的青睞。經過多年的研究和廣泛的應用，也可以說逐步發展成為一種對基樁工程質量的積極有效性保障。其判定樁身缺陷程度，缺陷在樁身的位置和缺陷的類型上具有一定的準確性。工程樁應用在我國的城市建筑非常多，但是由于受地質條件、施工工藝以及一些不確定因素的影響，不可能百分之百的基樁都能達到合格的要求，難免會有部分的基樁存在不同程度的缺陷，尤其在灌注樁的施工過程中，出現夾泥、離析、縮徑、甚至斷樁等情況，因此，在實際工程檢測中，利用測得反射波曲線信號準確地判斷樁身質量，排除工程隱患，對基樁的質量評價是至關重要的。

本文結合工作中的一些低應變反射波法檢測的工程實例說明不同缺陷類型在低應變曲線中的反映。總結不同缺陷樁的工程經驗。

二、低應變反射波法的基本原理

低應變反射波法主要功能是檢驗樁身結構完整性，如樁身缺陷位置判斷，施工樁長校對和混凝土強度等級定性估計等。其理論是利用了一維波在直桿中的傳播規律，把工程樁模擬為一維桿件，用手錘或力錘，力棒敲擊樁頂，由此產生的應力波沿樁身以波速C向下傳播，應力波通過樁阻抗Z（Z=ρAC）發生了變化如（在工程樁中的反映如縮頸，擴頸，離析，夾泥，斷裂等）一部分應力波產生反射向上傳播，另一部分應力波產生透射向下傳播至樁端，在樁端處又產生反射。檢測分析反射波的傳播時間，幅值，相位，和波形特征，從而判斷出樁身缺陷的位置，大小，性質等信息，最終對樁身完整性給予評價。

由安裝在樁頂的加速度或速度傳感器，接收反射波信號，并由測樁儀進行信號放大等處理后，得到加速度時程曲線。從曲線形態特征可以判斷阻抗變化位置或校核樁長，由平均波速大小估計混凝土的強度等級。

混凝土的速度C及樁身缺陷的深度L'可按下列方式計算：

C=2L/ΔT 1

L'=1/2CmΔt 2

式中：

L—測點下樁長（m）；

ΔT—速度波第一峰與樁底反射波峰間的時間差；

Δtx —速度波第一峰與缺陷反射波峰間的時間差；

Cm—樁身波速的平均值（m/s）.

L'—測點下的缺陷位置（m）

三、反射波法的數學模型

低應變反射波法是把樁當作連續均質的彈性桿，研究樁頂在動態力作用下，彈性桿的縱向波動，以一維波動理論為基礎的樁土體系動態響應。

應力波沿樁身以波速C向下傳播，經過dt時間，波行走dL距離，

dL=C·dt 3

樁段dL產生的位移為du

u=V·dt 4

因假設為彈性桿，應力—應變服從虎克定律

σ=E×ε 5

F=σ×A 6

將式3～5代入式6得

F=EA/C·V=Z·V 7

式7表明力和速度比例關系，比例系數簡稱為力學阻抗力Z。

低應變反射波法就是量測樁身阻抗Z變化的應力波反射規律

四、理論模型樁的反射波信號分析

根據波動理論，彈性波在樁身內軸向傳播的基本規律：

Rv=（Z1-Z2）/（Z1+Z2） 8

Z1和Z2為反射界面兩側介質的廣義波阻抗（假設彈性波從Z1介質進入Z2介質）

當樁身遇到縮頸，斷裂、混凝土離析各夾泥等阻抗變小時，Z2Z1，反射系數Rv為負值，反射波與入射波反相位。

五、實測反射波信號分析

1、完整樁

慈溪某工地238#樁為PC400A（95）預制管樁，樁身混凝土強度等級為C60，樁長為12m，樁徑為400mm，樁底反射明顯，波速正常，樁身均勻無缺陷反射波，為完整樁，見圖1。

圖1

慈溪某工地55#樁為嵌巖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強度等級為C35，樁長為39.96m，樁徑為900mm，無樁底反射，入射峰后出現波浪式，見圖2。經了解，由于澆筑至裝頂時商品混凝土坍落度偏大，樁頂位置混凝土強度較低，截掉樁頭1m 后重測，樁底反射明顯，無明顯缺陷，見圖3。

圖2

圖3

2—1、縮頸樁

慈溪某工地42#樁為鉆孔灌注樁，樁身強度等級為C30，樁長為40m，樁徑為800mm，實測反射波信號在樁身缺陷處有明顯的同相反射信號，但整樁波速不會下降，與完整樁波速較為一致。見圖4。

圖4

2—2、離析樁

慈溪某工地8-4#樁為嵌巖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強度等級為C35，樁長為40.89m，樁徑為900mm，實測反射波信號在樁身缺陷處產生同相反射信號，與完整樁波速比較，波速略有下降，一般比完整樁的波速低200—300m/s。（波速下降情況與離析情況有關，如果嚴重離析，波速會更低，同相信號更明顯。）見圖5。

圖5

3、擴頸樁

慈溪某工地4-24#樁為嵌巖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強度等級為C35，樁長為41.76m，樁徑為900mm，實測反射波信號在擴徑處產生反相反射信號，波速與完整樁較為一致。見圖6。

圖6

4、斷樁

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