樁基檢測中低應變反射波法的實踐應用

廖振華，趙 凡

［中大檢測（湖南）股份有限公司，湖南 長沙 410000］

0 引言

從目前的情況來看，在很多項目中，樁基都會被采用，特別是在要求規范不斷提高的情況下，在復雜的地質條件下，樁基的使用將會更為明顯。由于樁基礎工程的特殊性和隱蔽特性，在工程建設過程中經常會出現各種問題，這就要求對樁基礎進行檢測和控制，而低應變反射波是一種典型技術，在實際工程中應該得到更廣泛的應用。

1 低應變反射波的應用原理分析

在樁基礎探測工作中，采用了基于應力波學原理的低應變反射波檢定方法。在樁基檢測中，一般采用小應變反射波來判定樁體的完整性，并可以迅速檢測出樁長，并判定樁體的整體品質有沒有問題或者缺陷。在樁身的具體工作中，通常由測試員用錘子在樁頭上進行擊打，從而形成一種壓力，并在此過程中會形成一種應激波，這種沖擊波會通過樁頂擴散至底部，直至樁尖處或缺陷處出現一個反射信息。當應力波沿著樁身傳遞時，一旦碰到樁身截面的異常部位，就會發生相應的反射。用來接收應力波的裝置，就是裝在樁頂端的一個感應器，這個感應器會把這個接收信號進行放大，由相應的數據分析儀對這個信號進行處理，再由相應的數據處理軟件對其進行輸出，并將其轉化為圖形（圖1），這樣工作人員就可以對其進行觀察和分析，從而迅速而有效地判定出樁身有沒有問題。在對大批量混凝土樁進行測試時，通過實測的波速度平均值，可以比較出相對強度。

圖1 樁的低應變反射波的應用原理

2 樁基檢測工作的流程和環節介紹

2.1 準備階段

在進行樁基礎測試時，首先要做好前期的工作。在進行樁基礎測試前，獲得有關資料和資料是非常必要的，所以在進行樁基礎測試前，應盡量做好相應的前期工作，以保證資料的正確性。在做好前期工作的前提下，后續的樁基檢查工作要更加科學、高效。其中包括收集、整理和分析有關資料，并根據工程的特點和實際條件，選用最合適的測試參數。因此，在進行樁基礎檢驗之前，應盡量做到最大限度地改進，以保證其與所期望的工作目的相符，從而保證檢驗的準確性[1]。

2.2 樁基檢測流程的推進工作

在樁基礎正式檢測前，有關工作人員必須認真地校準調試儀器，以保證其在樁基礎檢測工作中的正常使用。在對測試儀器進行校準調試后，再將相應的樁基礎測試指數設定在儀器上。另外，需要對現場的測點進行清理，并保證樁編號的正確。同時，在現場安裝感應器時，應按現場實際狀況設置感測器，以改善信號接收的效果。

3 樁基檢測工作中的注意事項

3.1 樁頭的清理工作

在進行樁基礎檢測時，要特別關注樁頭的處理工作，這是一個比較關鍵的環節，所以要加強對其的處理。在處理樁頭時，工人必須保證其測點打磨到位、表面清潔，任何細小的雜質和大的損傷都不得在樁頭上留下痕跡，不然就會影響低應變檢測的效果。

3.2 傳感器的安裝工作

在樁基礎檢測工作中，準確、科學地設置傳感器是實現信號獲取的關鍵。從專業的理論觀點出發，認為傳感系統的傳輸速率和效率主要依賴于傳感元件的品質和與樁表面的連接，當傳感元件的重量較低時，其與樁表面的連接跟緊密，則其訊號與樁端粒子的共振頻率愈高。在樁基礎檢測中，如何合理地設置傳感器是保證測試精度的關鍵。

3.3 激振錘的合理選擇

在樁基礎檢驗中，選用合適的激振錘也對檢測工作的品質起著關鍵作用。小型的振動錘體體積小，其自身所蘊含的能量也就低，使用小型的振動錘子對其進行檢測時，會造成在進行過程中的信號減弱，無法將相應的信息進行反射，或使其返回的信號品質不佳，精度無法得到保障。所以在樁基檢查中，大樁的檢查要盡量選用質量大、能量大的，以便快速地檢查出大樁深層的問題和缺陷。在發現問題和缺陷的部位比較淺的情況下，可以使用能量更低、頻率更高的小型振動錘子來確定具體部位和深度。

4 低應變反射波檢測的缺陷成因及缺陷特征

在樁基中存在著蜂窩狀、離析、縮徑、擴徑、夾泥（層）、斷裂等。本文從理論上對不同類型的問題進行了討論，并對不同類型的反射波形特性進行了研究。

4.1 蜂窩狀的瑕疵

通常因原料的使用不當，或者因井內落下的淤泥、砂及殘留在樁體內的浮渣、漿液等引起。由于這些微小的空隙分布在強度高的水泥中，一部分激振波會以反射形式傳回樁頭，另一些會被散射，而另一些則會通過或繞過樁底部，然后被反彈至樁頂部。因此，具有低幅度的同相位的反相段和相對于具有較低幅度的同相位（持力層是土壤或完全的風化層），或者是具有反相區（即是中生期）的基部的反相區。樁的平均縱波速度比完全樁要小一些[2]。圖2為樁基根部蜂窩狀的瑕疵。

圖2 樁基根部蜂窩狀的瑕疵

4.2 離析類缺陷

由于混凝土的混合不勻、輸送路線過長、水泥被水泡等原因，導致了大量的粗集料聚集，從而導致了樁的混凝土分離。在離析類型的表面上形成了一種同相的反射，在下面的一種表面上形成了一種比較微弱的反向反射，而在深層則是一種只有一個衰減的正弦波，而在表面則是一個復合的。

4.3 縮徑類缺陷

在經過水力作用下，在受水力作用下，該土體在受水力作用下，會在樁內形成一個突出的凹坑，從而減小了樁直徑。另外，在通過含有壓力的地層時，會因地面水流的持續沖刷而導致水泥灰分損失，從而出現收縮。結果表明：在直徑縮小的情況下，頂部表面出現了同向的射波，而底部的表面則出現了一個比較微弱的逆向反射，幅度與直徑減小的幅度相關。這些問題與離析孔洞型結構的本質區別在于：激振動波會從樁體中央傳遞至樁底，并在一定程度上使樁體發生反彈，使樁體的平均縱波速度保持在一定范圍內。

4.4 擴徑類缺陷

在易于塌陷的地層中可形成直徑；在地基上進行多次鉆孔，可使地基在遇到水分和軟弱的土壤中發生擴張；在巖體中進行爆破，往往會使直徑增大。在膨脹段上部的上表面會形成反向的反射波，在下部的表面形成一個相對比較弱的同相位的反射波。

4.5 斷裂類缺陷

造成樁體破裂的因素很多。其原因是由于不正確的彈擊引起的相鄰樁身產生的擠壓破裂或由于土的凸出而導致的破壞；在灌注期間，由于灌注期間的持續工作，導致了樁身的持續出現了大量的淤泥。在澆注水泥過程中，如果拔掉管道太快，很可能會導致斷裂；而挖掘機械在開挖過程中，由于受外力的影響，產生了斷裂。當樁體破裂、破裂處充水或膨脹時，其反射率較高，且具有較大的反射波形和較大的幅度。如果斷裂面平整，斷裂面與樁頂部之間的間距不大，則可在探測曲線中產生3次或更多的反射。

5 提高低應變反射波檢測準確性的若干方法

為了滿足不同的探測長度和對不同深度的各類缺陷的分析，使用了多種類型的測試錘。通過對各種錘型的測試，發現在對相同的樁身進行測試后，對其影響的波形差異進行分析，可以獲得較為完整的樁基完整性數據，而且更加精確、直接。數據表明，普通的小型錘子可以檢測到3~20m的區域，中的錘子可以檢測到5~30m的缺陷，而大的錘子可以檢測到10~50m的缺陷。所以要注意避免使用小錘子測試長樁。反之，對靠近樁端的缺陷最好用小錘在樁頂上多對幾個點進行檢查。此外，錘子的材料、錘墊厚度等對沖擊力的頻率，即影響頻譜的組成也有一定的影響。在測試時，應充分利用各種材料和質量，并按要求選用不同材料和質量的錘頭，使其達到要求的振動頻率和激振能量[3]。

5.1 強化樁頂處理工作在實際工程中，對樁進行檢測是最

基本的一項工作。許多反射波的收集結果均不盡如人意，原因在于對樁的清除不到位。比如樁端的淤泥沒有完全清除，樁身不平，樁上有積水，這些問題看起來很普通，但對信號的影響，就不容小覷了。

5.2 加固后的樁端

在樁端采用了其他的形式，并對其進行了加固處理。這將會對測量到的波形產生一定的干擾，甚至會對信號的反射產生影響。其主要的問題在于：在受激振時，由于受彎構件引起的振動，很容易被探測器所接受，然后再與反射波進行重疊。此時所獲取的信號非常復雜，難以進行有效的數據分析。有關規范中也有明確的要求，應將感應器放置在距離鋼筋50mm的地方。

5.3 強化樁側破壞檢測

樁側破壞的因素很多，既有預制樁，也有灌注樁。但其普遍特征是：樁頂破壞或樁體表面疏松，使樁身的彈性波能迅速減弱，使樁間樁和樁基的反射波減弱，進而對波形的辨識產生不利的作用。從圖3和圖4可以看出，由于樁頂的原因對同一樁的探測效果有很大的不同。也是對我們在檢驗前要做好的準備工作。

圖3 樁頭浮漿未曾徹底鑿除前

圖4 樁頭浮漿清理后

5.4 重視測樁盲區的研究

在樁頭被錘擊打后，其錘擊能沿著“樁-土”體系的深度傳播是起伏的，而向下的壓力波一旦發生樁周阻抗發生改變，則會引起向上的應力-反射波。在樁頂部受到點振源錘擊干擾后，初始波動區在樁頂部附近產生了一個球面波，其擴散不能達到平面假設。而下行和上行阻力波、樁身阻抗的改變，則具有明顯的優越性，而下行的壓力波常常會遮蔽上行波。在樁尖出現這樣的情況，即為測樁眼的死角。對于較小的變形，在1~1.5D（D是樁的直徑）或在小于5m的樁長度范圍中，容易成為試驗的死角。試驗時，要選用較輕、較小的錘子進行多次敲擊，對實心樁進行試驗，則要在樁截面中央進行敲擊，而對于中空樁，則錘擊點與傳感器的安裝位置應該處于相同的平面，并與樁身的連線呈90°，擊打部位以樁身厚度的1/2為宜。在有需要的時候，通過加大測量點數來判斷淺層的問題，然后用大錘子擊打出樁底的反射。

5.5 如果采集到振蕩波形，應分析產生原因及消除方法

在測量樁的結構完整性時，采用低應變方法，在波形獲取時容易產生振動波。首先要注意傳感器的接收是否滿足規范的要求，也就是完成了樁頂處理，準確選擇傳感器位置，粘貼緊密。在此基礎上，應將傳感器放置在距離樁身1/2~2/3的范圍內，由于該部位的擾動最少，而且耦合劑的彈性過高或過粗或固定不牢固，都會引起振動。其次，要恰當地激發能量。實踐證明，在能測到樁底的情況下，盡可能減少樁周土參與震動，減少對反射波的影響。所以，土層越好，樁越長，就應該使用大錘子，而不是使用小錘子。此外，還應注意到樁頭的加固、周圍環境的干擾。

6 結語

低應變反射波檢測具有操作方便、經濟實用等諸多優勢，因此，在測量中要重視每個工序中的細微差別和可能產生的各種影響。綜合考慮一切問題，才能得出的結論與真實情況相符。[