低應(yīng)變法檢測(cè)樁基基礎(chǔ)工程的樁身完整性探討

賴東平

（惠州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，廣東 惠州516000）

樁基基礎(chǔ)屬于一種地下成樁方式，不可避免的會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似開(kāi)裂、縮擴(kuò)徑、砼離析等問(wèn)題。這些問(wèn)題不同程度上影響到樁基質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致樁基不滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為此，樁身完整性檢測(cè)是人們廣泛關(guān)注的事情。而低應(yīng)變法是測(cè)試樁身完整性最常用的一種手段，所以，對(duì)樁身質(zhì)量測(cè)試顯得十分關(guān)鍵。

1 低應(yīng)變法工作原理

一般情況下，在測(cè)試樁身完整性時(shí)，將樁簡(jiǎn)化成一維彈性直桿，基礎(chǔ)受力時(shí)維持等截面，忽視樁基內(nèi)外阻尼與樁邊土阻力，樁邊土對(duì)樁基約束與支撐作用都由樁下的一個(gè)彈簧取代。樁基力由樁身截出dx 段，通過(guò)達(dá)朗貝原理能夠推導(dǎo)出波動(dòng)式子：

由式（1）與應(yīng)力波傳遞理論、邊界條件持續(xù)性、牛頓第三定律以及波陣面動(dòng)量守恒條件等，能推導(dǎo)出波組抗界面位置的入射波、反射波以及透射波的應(yīng)力（σ1，σR，σT）和速度（V1，VR，VT）存在以下關(guān)系，指：

其中，反射參數(shù)：

透射參數(shù)：

波阻抗比：

式中，ρi，ci，Ai分別是樁身i 截面砼密度、縱波傳遞速度、橫截面大?。╥=1，指抗阻界面之上的入射波截面；i=2，指抗阻界面之下的透射波截面）。

上述是基于理論獲得的結(jié)論，但在項(xiàng)目實(shí)踐中因?yàn)檎駝?dòng)波在傳送過(guò)程受到諸多不確定因素的限制，如波在樁身中的衰弱，樁邊土對(duì)波的傳送影響等，應(yīng)對(duì)樁身進(jìn)行比較精準(zhǔn)的分析是非常困難的，下面就對(duì)項(xiàng)目中需要注意的內(nèi)容進(jìn)行探究。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中要注意的內(nèi)容

2.1 樁頭的處置

在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)收集過(guò)程中，樁頭的處置是檢測(cè)成功的重點(diǎn)之一，特別是灌注樁，但許多檢測(cè)者忽視了這一點(diǎn)。因?yàn)椴僮鞯脑?，通常樁頭位置存在浮漿，如果忽視了對(duì)樁頭的處置，選擇直接在浮漿上開(kāi)始檢測(cè)，結(jié)果不管如何改變傳感器和傳感器的設(shè)置，不管如何調(diào)整振源，檢測(cè)信號(hào)均不好，通常在檢測(cè)信號(hào)的淺層位置有很大反向脈沖。通常樁頭的處置以露出新的帶骨料的砼面位置，并且要盡可能平整、潔凈（樁頭未破碎、沒(méi)有雜物、沒(méi)有水）。如此能夠利用隨身所帶的鑿子來(lái)鑿平安裝點(diǎn)與錘擊點(diǎn)以及委托施工單位在檢測(cè)前做好樁頭處置，如此有助于傳感器的設(shè)置與力棒的錘打。

2.2 淺部缺陷判斷問(wèn)題

低應(yīng)變法測(cè)試在樁頂實(shí)行的激振通常是手錘和力棒，敲打樁頂時(shí)是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)出現(xiàn)波動(dòng)傳遞，在樁頭周?chē)軌蚪瓶醋靼肭蛎娌ǎ撾x樁頭后能近似平面波。因?yàn)闄z波器會(huì)接收到平面波，在樁頭周?chē)蜁?huì)有檢測(cè)“盲區(qū)”，若“盲區(qū)”之內(nèi)有缺陷，人們難以識(shí)別出來(lái)，因此，樁身淺部缺陷的判斷是低應(yīng)變方面另一大難題。

針對(duì)淺部缺陷的判斷，最關(guān)鍵的是激振手段，采用頻率各異的激振力棒。提升激振脈沖波頻率能夠提升分辨率，力棒能夠保障彈性波的垂直傳遞，降低淺部折射消耗，此外，在敲打時(shí)，敲打部位盡可能接近檢波器，方便采集入射波，提升靈敏性，采取不同頻率敲打，能夠有效判斷淺部缺陷。

見(jiàn)圖1 所示，當(dāng)采取低頻力棒敲打時(shí)的檢測(cè)曲線，曲線體現(xiàn)大低頻特點(diǎn)，表示樁身淺部有嚴(yán)重問(wèn)題（有時(shí)甚至無(wú)法識(shí)別缺陷），但缺陷的基本位置很難分辨。隨后改成高頻力棒敲打，檢測(cè)曲線見(jiàn)圖2 所示，能夠清晰的看見(jiàn)1.2m 位置周?chē)a(chǎn)生多次反射，且?guī)в写蟮皖l的反射現(xiàn)象，該樁已被挖掘證實(shí)。

圖1 低頻力棒敲打時(shí)的檢測(cè)曲線

圖2 高頻力棒敲打時(shí)的檢測(cè)曲線

針對(duì)更淺部缺陷（0.5 米或以內(nèi)）來(lái)說(shuō)，若缺陷較為嚴(yán)重，例如斷樁、明顯縮徑、夾泥等，能夠通過(guò)檢測(cè)曲線特點(diǎn)判斷，通常曲線體現(xiàn)為不規(guī)則“∧”形，且存在更大低頻曲線特點(diǎn)，相較于大低頻曲線明顯不規(guī)則，見(jiàn)圖3 所示[1]。結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚩闯鰳渡砀鼫\位置存在比較嚴(yán)重的問(wèn)題，且敲打中可以聽(tīng)見(jiàn)“空空”聲，這時(shí)采用力棒水平敲打樁側(cè)，一般能夠看見(jiàn)樁頭搖晃。主要原因是，因?yàn)闃渡喜渴芗ふ窈笪串a(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)壓縮的變化，而僅僅是淺部缺陷結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，檢測(cè)曲線是檢波器和塊體的共振形式。

圖3 樁身淺部0.5 米左右缺陷檢測(cè)曲線

2.3 現(xiàn)場(chǎng)波束確定

在反射波的檢測(cè)中，樁長(zhǎng)、波速以及時(shí)差的關(guān)系是：L=0.5V·T，當(dāng)時(shí)間固定時(shí)，樁長(zhǎng)與波速呈線性關(guān)系，結(jié)合L 與V 的關(guān)系評(píng)價(jià)樁身質(zhì)量[2]。檢測(cè)中常常以作業(yè)記錄樁長(zhǎng)來(lái)設(shè)置砼波速，但因?yàn)楦鞣N原因有些作業(yè)記錄不準(zhǔn)確，若根據(jù)上式測(cè)算，明顯不可行。

假如給出砼的波速，即平均波速。當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境變化很小、砼配合比不變時(shí)，砼的波束在特殊范圍內(nèi)，該種情況下能夠結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置一個(gè)波速值，進(jìn)而對(duì)樁長(zhǎng)加以核實(shí)，這時(shí)主要考量砼的齡期與樁身缺陷造成的波速改變。

3 信號(hào)分析時(shí)要注意的事項(xiàng)

3.1 信號(hào)準(zhǔn)確性問(wèn)題

使用低應(yīng)變法測(cè)試樁身完整性時(shí)，時(shí)域收集信號(hào)的準(zhǔn)確性是樁身缺陷判定是否正確的重點(diǎn)。測(cè)試信號(hào)要使應(yīng)力波于樁身傳遞階段樁身波阻抗改變的真實(shí)反映。導(dǎo)致信號(hào)失真大概有如下幾點(diǎn)原因：①樁頭處置不徹底；②傳感器設(shè)置不當(dāng)；③錘的選取不合理。

3.2 應(yīng)力波的衰弱

時(shí)域信號(hào)在傳送環(huán)節(jié)能量慢慢分散，尤其是當(dāng)樁和土的密度類(lèi)似時(shí)，波衰弱很快，此時(shí)的波實(shí)際為3D 球面波，無(wú)法簡(jiǎn)單看作一維波。在展開(kāi)樁身完整性量化研究時(shí)，要把信號(hào)實(shí)施指數(shù)放大處置，以消除由于土阻力而造成的信號(hào)衰弱所引起的缺陷量改變。

3.3 波速篩選

在缺陷量化研究時(shí)，波速篩選直接關(guān)系著缺陷部位的判定。當(dāng)時(shí)域曲線上沒(méi)有樁底反射也沒(méi)有異常缺陷信息疊加時(shí)，波速要選擇同個(gè)工地可靠樁的平均波速，沒(méi)有明顯樁底反射的基礎(chǔ)不可以實(shí)施量化[3]。對(duì)缺陷產(chǎn)生在樁中間的樁要提高警惕，應(yīng)該產(chǎn)生樁底的位置是缺陷的再次反射或者樁底應(yīng)十分小心，并注意上段缺陷反復(fù)反射的情況。應(yīng)結(jié)合平均速度來(lái)識(shí)別樁底的異常反射屬于樁底或者缺陷。

3.4 樁邊土層的作用

在對(duì)基樁展開(kāi)低應(yīng)變法檢查時(shí)，要全面考量樁邊土層對(duì)所收集波形曲線的作用。檢測(cè)者通常只留意到樁身波阻抗改變引起的信號(hào)反射，忽視了應(yīng)力波在樁身內(nèi)傳遞時(shí)，既受樁身材料、剛度和缺陷的作用，也受樁邊土層模量多少的作用[4]。當(dāng)樁邊土由軟土層變?yōu)橛餐翆訒r(shí)，收集的波形曲線將在對(duì)應(yīng)部位出現(xiàn)相似擴(kuò)徑的反射波，且當(dāng)樁邊土由硬土層變?yōu)檐浲翆訒r(shí)，收集的波形曲線將在對(duì)應(yīng)部位出現(xiàn)相似縮徑的反射波。若不考量樁邊土對(duì)收集波形曲線的作用，不清楚樁側(cè)的地質(zhì)環(huán)境，極易對(duì)基樁形成誤判。

結(jié)束語(yǔ)

總之，低應(yīng)變法測(cè)試憑借其測(cè)點(diǎn)多、經(jīng)濟(jì)、方便等優(yōu)勢(shì)，使用非常廣泛，但也有一些缺點(diǎn)與不足。在判定測(cè)試曲線時(shí)，要集中地質(zhì)環(huán)境、工藝方法、應(yīng)力波傳遞機(jī)理、樁邊土以及樁尖土的力學(xué)系數(shù)等多種因素分析判定，方可較為精準(zhǔn)度的分析判定樁身質(zhì)量。因?yàn)橛袕?fù)雜的樁- 土結(jié)構(gòu)、理論假設(shè)和實(shí)際不一致等情況，低應(yīng)變法也存在一定的局限性。了解這些問(wèn)題有利于提升測(cè)試結(jié)果的有效性。對(duì)低應(yīng)變法測(cè)試有缺陷的樁身，能夠再使用其他的檢測(cè)手段來(lái)處理。