淺談低應(yīng)變反射波法檢測灌注樁樁身完整性

胡亮

摘 要 通過分析反射波的曲線特征能夠識(shí)別來自樁身不同部位的反射信息，由此可計(jì)算樁身波速、判斷樁身的完整性和缺陷位置，并可推定樁身混凝土強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞 激振信號(hào)；實(shí)測曲線；樁身完整性

概述

通過在樁頂施加激振信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)力波，該應(yīng)力波沿樁身向下傳播，遇到樁底面和不連續(xù)界面（如擴(kuò)徑、縮頸、孔洞、斷裂、蜂窩、夾泥等缺陷）時(shí)，將會(huì)發(fā)生透射和反射，用記錄儀器記錄下反射波在樁身中的傳播波形。分析反射波的曲線特征，并由此識(shí)別來自樁身不同部位的反射信息，據(jù)此能夠計(jì)算樁身波速、判斷樁身完整性以及缺陷位置，并推定樁身混凝土強(qiáng)度[1]。

1 在低應(yīng)變法檢測之前，需要做好以下的準(zhǔn)備工作：

⑴基樁混凝土強(qiáng)度至少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，或齡期至少大于14天。

⑵需要剔除樁頭，使樁頂標(biāo)高為設(shè)計(jì)的樁頂標(biāo)高。

⑶灌注樁要鑿去樁頂浮漿或破損的松散部分，并且要露出堅(jiān)硬的混凝土表面。

⑷要求受檢樁的樁頂截面尺寸和混凝土質(zhì)量應(yīng)與樁身設(shè)計(jì)條件基本一致。

⑸樁頂表面平整干凈且沒有積水。

⑹實(shí)心樁的中心位置打磨出直徑約10cm的平面，平面保證水平，不要帶斜坡；在距樁中心2/3半徑處，對(duì)稱布置打磨2～4處，直徑約為6cm的平面，打磨面應(yīng)平順光潔密實(shí)。

⑺當(dāng)樁頭與墊層相連時(shí)，相當(dāng)于樁頭處存在很大的截面阻抗變化，會(huì)對(duì)測試信號(hào)產(chǎn)生影響。因此，測試前應(yīng)將樁頭側(cè)面與斷層斷開。

⑻在基坑內(nèi)檢測，應(yīng)提前將基坑內(nèi)水抽干，并搭設(shè)好梯子，便于上下。

⑼準(zhǔn)備黃油1～2包，作為測試耦合劑用[2]。

2 數(shù)據(jù)采集

⑴通過現(xiàn)場對(duì)比試驗(yàn)選定激振錘和激振參數(shù)。短樁或淺部缺陷樁的檢測應(yīng)選用輕錘短脈沖激振；長樁、大直徑樁或深部缺陷的檢測應(yīng)選用重錘寬脈沖激振。

在現(xiàn)場檢測過程中，可在激振部位平鋪薄層橡膠墊以獲取更好的實(shí)測信號(hào)。通過改變力錘的重量及錘頭材料，可改變沖擊入射波的脈沖寬度及頻率成分。錘頭剛度較小時(shí)，沖擊入射波脈沖較寬，含低頻成分多，沖擊力大小相同時(shí)，其能量較大，應(yīng)力波衰減較慢，適合于獲得長樁樁底信號(hào)或下部缺陷的識(shí)別；錘頭剛度較大時(shí)，沖擊入射波脈沖較窄，含高頻成分較多，沖擊力大小相同時(shí)，雖其能量較小，但更適合于樁身淺部缺陷的識(shí)別及定位。

對(duì)于長樁，應(yīng)該先采用低頻檢波器，重錘敲擊來獲得實(shí)測曲線，再用高頻檢波器、輕錘敲擊來獲得淺部鑒別曲線。

⑵采集樁身的波形信號(hào)時(shí)，調(diào)整增益和激振頻率使樁身（特別是樁身下部）的反射特征清晰、重復(fù)性好。各測點(diǎn)記錄的有效信號(hào)數(shù)不宜少于3個(gè)，波形具有良好的一致性。

⑶對(duì)存在缺陷的樁應(yīng)采用多種激振頻率進(jìn)行重復(fù)檢測，獲取足夠的缺陷特征分析資料。

3 數(shù)據(jù)的分析與判定

樁身質(zhì)量一般在室內(nèi)分析出報(bào)告的時(shí)候判定，根據(jù)規(guī)范其等級(jí)設(shè)有Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類。沒有一定的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累做不出更合理的分析，其過程應(yīng)把握以下幾個(gè)方面：采用代表性強(qiáng)的曲線分析；用頻域信號(hào)輔助時(shí)域信號(hào)分析；合理地低通濾波，過低的濾波上限容易掩蓋缺陷，過高的上限又起不到濾波的作用；適當(dāng)采用指數(shù)放大來分辨不明顯的樁底反射信號(hào)，過分地放大會(huì)使波形失真或人為地造出樁底反射，完全不放大又可能不突出缺陷信號(hào)。

實(shí)踐工作中，對(duì)樁質(zhì)量的判定應(yīng)結(jié)合地質(zhì)資料、施工工藝、整個(gè)工地的測試情況以及個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，綜合參考設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工資料對(duì)所檢樁進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的分析，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，分析缺陷產(chǎn)生的原因，并提出適宜的解決方案，對(duì)施工進(jìn)行指導(dǎo)以避免在后續(xù)施工工作中產(chǎn)生類似缺陷，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場開挖或鉆芯驗(yàn)證，保證工程質(zhì)量[3]。

⑴確定樁身平均波速；

⑵分析波形、波幅、頻率等信號(hào)特征，并結(jié)合受檢樁的成樁工藝、施工情況與地質(zhì)條件來識(shí)別斷樁擴(kuò)頸、縮頸等樁身缺陷；

⑶判定樁身完整性的類別，樁身完整性類別應(yīng)依照標(biāo)準(zhǔn)原則來判定；

⑷當(dāng)實(shí)測信號(hào)所反映的樁身信息（如樁底反射不明顯、超過有效檢測范圍、實(shí)測信號(hào)無規(guī)律等）不足以分析和評(píng)價(jià)樁身完整性，應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他檢測方法來判定樁身完整性。

依據(jù)實(shí)測時(shí)域或幅頻信號(hào)特征進(jìn)行樁身完整性判定的分類標(biāo)準(zhǔn)如下，樁身完整性判定：

類型Ⅰ時(shí)域信號(hào)特征，（2L/c時(shí)刻前無缺陷反射波；有樁底反射波），幅頻信號(hào)特征（樁底諧振峰排列基本等間距，其相鄰頻差Δf≈c/2L。）

類型Ⅱ時(shí)域信號(hào)特征（2L/c時(shí)刻前出現(xiàn)輕微缺陷反射波；有樁底反射波），幅頻信號(hào)特征（樁底諧振峰排列基本等間距，其相鄰頻差Δf≈c/2L，輕微缺陷產(chǎn)生的諧振峰與樁底諧振峰之間的頻差 Δf ′>c/2L。）

類型Ⅲ時(shí)域信號(hào)特征及幅頻信號(hào)特征有明顯缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ類和Ⅳ類之間。

類型Ⅳ時(shí)域信號(hào)特征（2L/c時(shí)刻前出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷反射波或周期性反射波，無樁底反射波；或因樁身淺部嚴(yán)重缺陷使波形呈現(xiàn)低頻大振幅衰減振動(dòng)，無樁底反射波。），幅頻信號(hào)特征（缺陷諧振峰排列基本等間距，相鄰頻差

Δf ′>c/2L，無樁底諧振峰；或因樁身淺部嚴(yán)重缺陷只出現(xiàn)單一諧振峰，無樁底諧振峰。）

另外，應(yīng)注意對(duì)同一場地、地質(zhì)條件相近、樁型和成樁工藝相同的基樁，因樁端部分樁身阻抗與持力層阻抗相匹配導(dǎo)致實(shí)測信號(hào)無樁底反射波時(shí)，可按本場地同條件下有樁底反射波的其他樁實(shí)測信號(hào)判定樁身完整性類別。對(duì)于混凝土預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力灌注樁，若缺陷明顯且缺陷位置在接樁位置處，宜結(jié)合其他檢測方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。不同地質(zhì)條件下的樁身缺陷檢測深度和樁長的檢測長度應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。

4 復(fù)測驗(yàn)證與處理

⑴當(dāng)樁身淺部存在缺陷時(shí)，擬運(yùn)用開挖法（開挖深度一般在1～8m范圍內(nèi)，條件允許的情況下可適當(dāng)增加開挖深度）進(jìn)行驗(yàn)證；

⑵當(dāng)懷疑混凝土強(qiáng)度不夠或者樁身波速偏低時(shí)，應(yīng)分析強(qiáng)度低的各種原因，若對(duì)比其他同等條件的樁后發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度等級(jí)依然存在波速異常，需建議有關(guān)部門采取其他檢測手段進(jìn)行檢測。

⑶當(dāng)發(fā)現(xiàn)樁身深部存在缺陷或樁底沉渣過厚時(shí)，應(yīng)提出采用工程鉆機(jī)抽芯驗(yàn)證申請(qǐng)，提交檢測原始資料，對(duì)有爭議性的檢測結(jié)論，應(yīng)該提出第三方驗(yàn)證的申請(qǐng)進(jìn)行仲裁。

完整樁的時(shí)域波形圖比較整齊、均勻、規(guī)則，平均波速正常，樁底反射信號(hào)明顯。

斷樁指樁身斷裂，混凝土不連續(xù)，通常情況此處有嚴(yán)重的夾泥，使阻抗明顯變小，應(yīng)力波在斷樁片發(fā)生強(qiáng)反射，應(yīng)力波在樁身斷裂以上部分來回反射形成多次波，整樁信號(hào)不明顯，甚至沒有樁底反射，類似于短的完整樁。斷樁的斷裂位置由下式確定：

擴(kuò)頸樁和縮頸樁都有明顯的樁底反射信號(hào)，和本工地樁身混凝土平均波速相接近，實(shí)際樁長和計(jì)算樁長相一致。同時(shí)在擴(kuò)頸處或縮頸處分別出現(xiàn)同相位和反相位的反射信號(hào)。

離析樁樁身混凝土介于完整樁和斷樁之間，視其離析程度大小，輕微離析接近于完整樁，嚴(yán)重離析接近斷樁。離析樁的反射信號(hào)與入射波信號(hào)同相位，也有樁底反射信號(hào)。但離析樁的整樁混凝土傳播速度偏低，這是離析樁區(qū)別于縮頸樁的重要依據(jù)。低應(yīng)變法測不到樁底反射信號(hào)的情形受樁周土阻力、樁的長徑比、樁端部分樁身阻抗與持力層阻抗相匹配等多種因素的影響。

5 結(jié)束語

低應(yīng)變反射波法檢測法是一種新興的以結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析與電子檢測技術(shù)為基礎(chǔ)的檢測方法，是一種基樁質(zhì)量的常規(guī)檢測手段。它具有操作方便、檢測費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在不精確性和局限性，需要檢測人員認(rèn)真地去對(duì)待每一個(gè)環(huán)節(jié)，不斷地學(xué)習(xí)檢測技術(shù)，積累檢測經(jīng)驗(yàn)。如此一來才能更準(zhǔn)確地對(duì)樁身完整性進(jìn)行判定，為建設(shè)事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉明貴，余詩剛，汪大國，等.樁基檢測技術(shù)指南[M].北京：科學(xué)出版社，1995：77-78.

[2]彭春梅.基于超聲波透射法的灌注樁樁身缺陷分析與判定[D].成都：成都理工大學(xué)，2015：33-39.

[3]潘崇全，韓建梅.低應(yīng)變反射波法在灌注樁樁身完整性檢測中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)月刊，2010，（04）：195-196.