低應變反射波法在樁基檢測中的應用分析

蔣 煜

南京市水利建筑工程檢測中心有限公司 江蘇南京 210000

多數建筑工程施工中，均需要應用到樁基施工方案，此項作業屬于一類較為隱蔽的地下工程。由于樁基施工整體工序比較復雜化，一旦施工質量不符合施工要求，很可能會導致工程出現離析甚至斷樁問題，影響工程質量的同時，威脅施工安全。為了預防上述狀況產生，就需要在施工現場采納有效的樁基質量檢測方法，確保樁基施工無問題。低頻應變反射波方案是一種比較快捷的檢測手段，因其成本低、檢測效果佳而在施工中最為常用。

1 常見的樁基施工問題

1.1 沖鉆孔灌注樁施工問題

進行沖鉆孔灌注樁施工時，樁基處理期間比較常見的問題，主要包括以下幾點：

（1）樁基出現混凝土離析、夾泥或是斷裂類問題，且樁頂部位的混凝土密實度不足[1]。

（2）嵌巖樁：此類沖鉆孔灌注樁的施工問題，主要表現在混凝土的前清孔與施工標準不相符方面，且樁基底部的沉渣厚度過大，遠超出施工圖紙設計標準，最終增加了樁基地端位置的承載壓力，影響施工質量。

1.2 混凝土預制樁施工問題

進行沖擊鉆孔灌注樁施工時，樁基處理期間比較常見的問題，主要包括以下幾點：

（1）樁基在經過錘擊施工后，由于偏離樁基中心線，導致樁身出現斷裂情況[2]。

（2）樁基施工中，技術人員在進行樁頭的焊接處理時，由于焊接后所預留的冷卻時間不足，影響了焊接質量，隨之開始出現接頭斷裂類質量問題。

1.3 其他樁基施工問題

除開上述混凝土預制樁以及沖鉆孔灌注樁的施工質量問題以外，還有其他樁基問題需要借助樁基檢測技術輔助完成施工，提升施工質量，具體如下：不同樁型在施工中，由于樁傾斜度超出施工允許范圍，導致樁基施工出現質量問題[3]。此類問題形成的原因主要在于鉆孔時技術人員對于鉆孔的垂直度把控不到位，致使孔徑的垂直度脫離于樁基作業標準，所得出的鉆孔無法滿足后續樁基處理要求。

2 低應變反射波法在樁基檢測中的應用原理及要點

2.1 應用原理

樁基施工中，應用低應變反射波法進行質量檢測，想要保障檢測質量，就需要了解該項檢測技術的操作原理[4]。低應變反射波法檢測之時，檢測應力波主要是由樁頂所施加的激振信號所產生，且應力波會沿著樁基的樁身進行傳播，如應力波傳播期間遇到不連續的樁底面、界面時，則會自動生成反射波，此時檢測系統會自動接收反射波，并對其波形特征、到達時間、變動幅值進行分析和判斷，繼而得出樁基施工的完整性[5]。開展具體的樁基低應變反射波法檢測分析時，以實驗的形式分析其檢測原理如下：

設定樁基是一個一維性質的“線性彈力桿”，進行樁基的一維波動計算時，具體計算公式見式（1）。

式中：L——樁基的長度；

A——樁基的橫截面積；

E——樁基的彈性模量；

ρ——樁基的質量密度；

Z=AρC——樁基檢測時的廣義波阻抗。

設定樁基中的某一位置出現阻抗改變，那么低應變反射波法操作下的應力波會直接從阻抗Z1、介質Ⅰ進入到阻抗Z2、介質Ⅱ中，最終由其得出反射波（Vr）以及速度透射波（Vt）。

隨后，設定樁基的樁身質量完好系數見式（2）。

根據樁基檢測公式（3）和公式（4），對缺陷的大小、范圍、面積進行確認時，需要針對缺陷所反射出來的幅值定性進行分析。尤其是缺陷的位置確認時，需要結合反射波的時間，其計算公式見式（5）。

此外，應用低應變反射波法進行工程中樁基施工質量檢測時，檢測設備的現場連接操作如圖1 所示。

圖1 低應變反射波法檢測樁基設備連接圖

2.2 應用要點

2.2.1 做好樁基檢測工作開展的相關準備工作

進行建筑工程中樁基質量檢驗工作時，為了確保低應變反射波法的應用效果，檢測開始之前，技術操作人員必須做好相應的檢查工作，才能確保質量檢測的效果，提升檢測數據的精準性，促進檢測質量隨之得到提升[6]。同時，準備工作的開展，也可在極大程度上為后續的檢測工作流程推進帶來幫助，以此提升檢測效率，降低檢測成本。詳細分析而言，應該做好如下準備工作關鍵點：

（1）做好對施工現場中涉及樁基工程的各項作業材料，包括技術交底情況以及現場地質條件等，目的在于為后續的樁基項目作業期間各類施工工藝執行、施工材料投用、成樁的長度及直徑等條件，均符合工程施工圖紙設計標準及要求，以此確保施工數據與施工要求相一致[7]。

（2）在樁基檢測中，未應用低應變反射波法之前，技術人員需要將樁基頂部區域的配置的鋼板切開，并同步完成樁基同步區域的混凝土浮漿或是疏松部位的清理和整頓工作，以此確保樁基施工中樁頭位置能夠完全露出足夠密實的混凝土，最終提升低應變反射波法應用后的檢測結果準確度。

（3）除開上述準備工作開展以外，技術人員還需做好如下樁基檢測準備工作：做好樁基檢測現場的儀器設備準備工作。期間需要就儀器的運行電量是否充足做好檢查，并就力錘、傳感器連接處是否正常、耦合劑質量是否過關進行檢查；做好樁基檢測參數設定的檢查工作。檢測人員需要現場針對樁基的相關參數做好檢查，對于儀器設備的參數設定也需檢查到位，包括樁長、樁號以及樁徑等；樁基檢測工作正式開始之前，需要在樁基頂部將傳感器粘接完畢，可以使用耦合劑完成，并確認粘接的穩固度，避免因傳感器粘接不牢而影響樁基檢測精準性。

2.2.2 檢測過程要點

應用低應變反射波法進行建筑工程樁基檢測時，想要提升具體的檢測效果及質量，應該重點做好如下檢測要點的質量把控工作：

（1）做好檢測設備傳感器的安裝及激振操作、處理工作。進行傳感器的安裝時，技術人員必須針對安裝點提前做好混凝土的施工處理，主要可以從兩方面著手，一種是做好混凝土表面的密實處理，另一種是混凝土平面的操作處理。當執行傳感器安裝施工流程時，應該對激振方向做好垂直處理，垂直的對標對象應是樁基的頂面[9]。為了提升傳感器的安裝穩固性，應優先選擇粘合強度更高的一類耦合劑。進行激振施工處理時，其激振的方向應該與樁基軸線方向保持一致，且應該將激振點、傳感器安裝點這兩點，分別與鋼筋籠的主筋安裝位置完全避開。最后，應該選用鋪墊或是力錘輔助激振安裝效率，力錘應該選定重量適宜類工具規格，錘墊則應該選擇軟硬適中的材質。

（2）信號采集及檢測數據篩選要點。首先在樁基的樁心堆成位置，布設傳感器的安裝點用于檢測，數量為2～4 個，且呈對稱態勢。進行空心樁基的質量檢測時，傳感器的安裝點應該設定為樁基壁厚的1/ 2 高度處，而實心樁基的質量檢測時，傳感器安裝點則應該在距離樁基中心半徑位置的2/ 3 位置處。此過程中需要注意，檢測點、激振點兩者，均需要與樁基的樁中心之間的連線夾角呈90°。其次，完成激振點以及檢測點的安裝工作進行信號采集之后，如果所檢測的樁基直徑較大、樁基上部橫截面的尺寸呈不規則狀態時，需要重點結合樁基的信號實測特性去分析，并根據分析結果去就監檢測點、傳感器安裝點作出適宜性的調整，確保所有樁基檢測所采集到的信息真實可靠[10]。另外，當重復多次完成檢測后，所得出的信號檢測結果之間仍舊存在偏差，此時就需要適當增加檢測點的數量，并就偏差出現的原因進行分析，并給出解決辦法。

（3）數據處理要點。應用低應變反射波法完成樁基檢測后，還需要重點做好檢測數據處理工作。具體而言，應該從以下幾方面著手：完整樁的數據處理，當樁基檢測工作完成后，確認樁基質量為合格，那么應用低應變反射波法所得出的檢測結果在數據呈現上，比較光滑、完整，樁底的反射信號也極為完整，波速的傳遞具有均勻協調的特征；斷樁的數據處理，在應用低應變反射波法檢測樁基之后，當樁基存在斷樁問題，那么檢測所得出的波形圖，則會在數據表現上形成十分明顯的波峰狀，同時樁基底部位置所搜集的反射信號也相較于其他區域更弱。

3 案例分析

某住宅小區109# 樁基的樁低應變實測案例分析中，樁基的樁長為12.66m，樁徑為1.2m，樁基施工的混凝土強度為C35。109# 樁基的低應變實測波形如圖2 所示。根據圖2 中應用低應變反射波法所檢測得出的波形曲線夠發現，在樁基7.5m 左右的位置上，出現了比較明顯的反射波，可得出住宅工程109# 樁基的樁身為Ⅲ類完整性。

圖2 109# 樁基的低應變實測波形

4 結語

隨著科學技術的不斷進步和發展，國家基礎設施建設水平也隨之得到了大幅度的提升，樁基工程為一類典型性的基礎施工項目，開始被應用于更多工程建筑中，同時也為樁基檢驗技術的更新和升級提供了背景和空間。建筑工程中，本次研究所介紹的低應變反射波樁基質量檢測技術，是一種不會破壞樁身完整性的檢測方案，且經過案例分析可以發現，其成本低且檢測結果真實性與可靠性均比較高，因此值得在后續的樁基施工檢測中投用和推廣。