低應變反射波在樁基檢測中的應用

陳昌勝

【摘 要】作為檢測工程質量的重要手段，低應變反射波法已經被納入國家工程檢測規范，它是一種檢測樁基缺陷的重要方法，具有效率高，檢測結果精確，成本低等優點，在施工過程中發揮著越來越重要的作用。本文闡明了低應變反射波法的定義及基本原理，在具體工程實施中的有效運用和運用過程中的注意事項。

【關鍵詞】低應變反射波法；樁基檢測；重要手段

橋梁、樓宇、水壩等大型建筑都需要有堅固的地基去承受巨大的壓力，樁基的檢測自然而然成了衡量建筑牢固性能的必要條件。針對樁基容易出現的擴徑、縮頸、離析等缺陷，低應變反射波法能夠有效檢測出此類問題。1992年，我國成立了首家專門從事高低應變樁基動測儀研制及方法研究的專業化公司-武漢巖海工程技術開發公司，該公司開發的RS系列樁檢測設備及CCWAPC波動方程擬合法分析軟件已達到國際同類產品的先進水平，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等各方面都比較成熟[1]。

一、定義及原理

（一）低應變反射波法的定義

低應變反射波法又稱時域法，即在時間域上研究分析樁的振動曲線，通常是通過對樁的瞬態激振后，研究樁頂速度隨時間的變化曲線，從而判斷樁的質量[2]。

（二）低應變反射波法的基本原理

低應變測樁技術最早起源于應力波理論以一維彈性桿平面應力波的波動理論為基礎。其中的反射波法的最主要功能是檢測混凝土強度等級定性估計、樁身缺陷位置判斷等樁身結構的完整性[3]。

樁基的混凝土材質的堅固強度比周圍的地質強度要大的多，可以把樁身看做一個一維彈性桿，當樁身受到來自頂部的沖擊力時，由于周圍土質強度小，其端面上就會發生振動，沖擊力產生的能量會以波的形式沿著樁身傳播，一部分反射波向上傳播到達樁頂，另一部分透射波向下傳播到達樁底，反射波的幅度和相位是由樁身的波阻抗來決定的，樁頂的傳感器接收到波信號并上傳服務器，通過分析采集來的數據，我們可以知道樁身有無缺陷和缺陷程度，計算公式：

Z=ρCA

Z：樁身的波阻抗；ρ：混凝土的密度；C：波在樁身的傳播速度；A：樁身的截面積。

由此我們可以看出，樁身的波阻抗和混凝土的密度、樁身的截面積有關。

假如我們通過儀器檢測此樁身，發現存在一個變化界面，分別得出變化界面的頂部和底部的波阻抗，通過對兩個波阻抗的比較，得出樁基缺陷類型。當波阻抗相等時，不存在缺陷。

我們還可以計算缺陷的位置△L，假設△t是傳感器接收到反射波的時刻與重錘敲擊樁身時刻的差值，那么我們可以用以下公式計算：

△L= △t × C /2

二、低應變反射波法在實例中的應用和注意事項

（一）實例應用

1.實例檢測

我們通過一個例子來說明：檢測一座32層高層樓宇的一個樁基，首先根據經驗分析此樁基可能存在離析。然后用重錘敲擊樁身，測得數值顯示，在樁身1.23m處有同相反射波，在2.46m再次出現同相反射波。由此初步判斷此樁基存在離析缺陷。最后應該人工挖開樁基驗證檢測結果的正確性，并進行修復。

2.常見缺陷樁

施工中工藝和材料因素都有可能影響樁基的性能，改變樁基的承載能力。樁基的缺陷主要表現為擴徑、縮徑、離析、斷裂、空洞和夾泥，也不排除有的缺陷是其中兩種或者多種的組合。

3.數據分析

分析采用低應變反應法測得的數據通常采用三種方法：濾波技術、曲線放大法、缺陷處信號重復反射分析。濾波技術是我們在施工中用到的最常見的方法，它對于較小的、不嚴重的缺陷樁分析準確，對于大缺陷樁不適用。對于曲線放大，有兩種方法可以放大，一是線性放大，它主要針對淺層小信號的放大，可以使信號量化；二是指數放大，它有時會使曲線畸變，但是它能反應缺陷程度。如果缺陷位置超過一半樁長，則對此應該仔細區分，否則會誤判。

（二）注意事項

1.樁頭的處理

檢測有效的前提是樁頭必須處理的干凈、平整，沒有凸起和凹陷。以往的經驗表明，樁頭與混凝土之間接觸不緊密，原來沿著樁身傳遞的應力波不會沿著原來的軌道繼續傳遞，應力波傳播方向改變就會影響反射波的方向，從而造成得到的波形不正確，造成結果誤判。

2.激振錘的選擇和錘擊位置

（1）激振錘的選擇

激振能量的大小和力錘的外形、重量、錘擊力度等多個因素有關。當錘擊作用時間短時，脈沖寬度窄，所含的高頻成分多，檢測短樁和淺層缺陷比較可靠。當錘擊時間長時，脈沖寬度寬，所含低頻成分多，檢測長樁和深層缺陷比較可靠。所以，針對不同的實際情況，應該選擇不同的激振錘。

當用不同的力錘去敲擊同一個樁基時，測得的數據是不一樣的。當我們監測特別大的樁身時，假如選用小的激振錘，那產生的應力波就會很小，不足以使樁身感受到足夠的沖擊力，我們的傳感器感受到的振蕩很小或者根本檢測不到波的傳遞，此時就會造成結果的不準確。

所以檢測大型樁基時應該用重量大，產生波形比較寬的大鐵球。當然，如果檢測比較淺層的缺陷，我們可以選用頻率高，重量小的小力錘，檢測起來比較容易，檢測的結果精確。

（2）錘擊位置選擇

理論上，錘擊位置對于檢測過程也是有影響的，因為錘擊位置不同，也就改變了傳感器感應到波形的強度，所得波形不一樣。但是經過我們大量實驗證明，錘擊位置對波形的收集影響不大，但在實際檢測中應盡量符合規范要求選在樁的中心位置。樁頂面應密實、平整、自由[3]。

3.傳感器的選擇和安裝

傳感器作為檢測波形的重要部件，它的類型以及安裝方法將直接影響檢測結果。

（1）傳感器的選擇

相比于速度傳感器，加速度傳感器的低頻特性好，對淺層缺陷的反應靈敏，容易檢測出明顯的無振蕩曲線。所以，加速度傳感器以其較高的靈敏度深受檢測人員的喜愛，所以人們通常用加速度傳感器進行低應變發射波檢測樁基缺陷。

（2）傳感器的安裝

理論上，盡量選擇重量較小的傳感器，并且傳感器安裝位置距離樁面盡量近，這樣傳遞性良好，可以采集到完整精確的波形。另外，傳感器的安裝位置也很重要，研究表明，傳感器安裝在1/2R-2/3R范圍內，傳感器工作良好，波形傳遞完整，缺陷位置能很好地反應出來，不在這個范圍則樁底反射不明顯，缺陷位置表達的不清晰。

小直徑的樁身只選擇一個測試點安裝傳感器即可，對于大的樁身或者有嚴重缺陷的樁身，必須選擇多個測試點安裝傳感器，以便獲得可靠信號，避免其它信號的干擾。

傳感器的耦合劑通常根據具體情況而定。牙膏用來粘合比較輕的傳感器，干凈又環保；而價格較低的黃油到了夏天不宜用來耦合；粘性很強的口香糖也是可以用來粘合的。此外，多涂些粘合劑在傳感器和安裝面上，可以使安裝更加牢固，檢測結果更加精確。

結語：

綜上所述，樁基的檢測在工程檢測中的重要性不言而喻，而低應變反射波法就是樁基檢測的不二法寶。應用低變反射波法能夠準確找出缺陷樁的缺陷類型和缺陷位置，在樁身缺陷檢測中具有簡單、方便、高效的特點，而且不會對樁身造成損壞，為保證工程質量做出了巨大的貢獻。此外，運用此方法還要注意一些細節，提前把樁身面收拾干凈，選好傳感器和激振錘，做好準備不僅能使測量結果更加準確，還能節省檢測的時間。

參考文獻：

[1]高紅偉，姚 勇，陳代果，童 龐，鄧勇軍. 低應變反射波法在樁基檢測中的應用[J].西南科技大學學報，2013，3：41.

[2]黃晏輝，王詩東. 低應變反射波法在樁基檢測中的應用[J].中國西部科技，2015，310：57.

[3]游海南.樁基檢測中低應變反射波法的實踐應用[J].江西建材，2014，8：97.

[4]高紅偉，姚 勇，陳代果，童 龐，鄧勇軍. 低應變反射波法在樁基檢測中的應用[J].西南科技大學學報，2013，3：42.