低應變反射波法在樁基檢測中的應用

陳少波

摘要:低應變反射波法是一種應用十分廣泛的樁基檢測方法，具有快速、高效、準確等技術優點。本文從低應變反射波法的基本原理出發，對一些實例檢測中常見的波形進行了分析，并重點分析了檢測中應注意的事項，確保了低應變反射波檢測的準確性?？晒﹨⒖?。

關鍵詞: 反射波法；樁基檢測；波阻抗；缺陷波形；傳感器

近年來，隨著我國工程建設事業的快速發展，樁基礎作為一種安全、有效、可靠的基礎形式在眾多等領域均得到了廣泛的應用。由于樁基屬于隱蔽工程，施工過程中難免出現離析、夾泥、縮頸、斷裂等不良缺陷，這些缺陷不同程度地影響了基樁的質量而影響到上部結構物的安全，因此樁基質量的檢測越來越重要。樁基檢測技術通常有直觀檢查法、輻射能檢測法、靜力檢測法和動力檢測法?；鶚秳恿z測技術目前主要有低應變法、高應變法,各有優缺點。低應變反射波法具有檢測快速、方便，測試資料分析簡單、精確，費用低廉等優點，因此其被眾多的檢測單位所采納與應用。

1低應變反射波法的基本原理

低應變反射波法是以一維波動方程為理論基礎。將樁身假定為一維彈性桿件,當樁頂受到一激振力后,產生一壓縮波,沿樁身向下傳播,當樁身的波阻抗Z發生變化時,應力波在樁身的傳播將產生反射、透射和折射。兩種波阻抗差別越大,縱向應力波反射的能力越強,透射的能力越差。反射的相位和幅值大小由波阻抗Z變化決定。安裝在樁頂上的傳感器,將接收樁身各個波阻抗Z變化界面處反射上來的信息,根據這些信息進行分析,可對樁身完整性質量進行分析判斷。

在基樁某一個波阻抗變化界面處,假設界面上部波阻抗Z1=ρ1C1A1,下部波阻抗Z2=ρ2C2A2。波阻抗之比

ψ=(ρ1C1A1)/(ρ2C2A2) (1)

(1)當ψ>1時,分為兩種情況:①假定樁身截面積不變,即A1=A2,則ρ1C1>ρ2C2,表明在樁身相應位置混凝土質量較差,發生了離析或斷樁,反射波和入射波同相位。②假定樁身材料的性質不變,即ρ1C1=ρ2C2,則A1>A2,也就是說樁身的截面發生了變化,在樁身相應截面發生了縮頸,反射波和入射波同相位。

(2)當ψ<1時,分為兩種情況:①假定樁身截面積不變,即A1=A2,則ρ1C1<ρ2C2,表明應力波由軟材料向硬材料方向傳波。②假定樁身材料的性質不變,即ρ1C1=ρ2C2,則A1

當樁身存在缺陷時,根據接收到的缺陷反射波時刻與樁頂錘擊觸發時刻的差值△t和樁身傳播速度C來推算缺陷位置Lx。

Lx=△t×C/2 (2)

2實測缺陷波形分析

(1)淺部擴頸,波形如圖1所示。

圖1淺部擴頸波形

樁長40.50m,樁徑1.00m,C30。初步判斷淺部擴頸。后經開挖驗證,樁頂下2.2～3.4m出現擴頸。

(2)離析,波形如圖2所示。

圖2高析波形

樁長18. 5 m, 樁徑1. 00 m, C30。取地質條件、設計成型、成樁工藝、混凝土標號相同的樁底反射信號明顯的5 根I類樁的平均波速, 如表1 所列。

表1 平均波速 m/ s

根據平均波速3855m/s初步判定樁頂下4.9m處嚴重離析。后經取芯驗證,在5.0m處開始嚴重離析,缺陷芯樣長度為82cm,芯樣為砂漿,無粗骨料。

(3)低頻大信號,如圖3所示。

圖3低頻大信號

樁長14.6m,樁徑0.50m,C15。該樁檢測出的波形為底頻大信號,初步判斷為淺部嚴重缺陷。后經驗證在樁頂下1.2m處斷樁。

(4)樁底沒入巖,波形如圖4所示。

圖4樁底沒入巖波形

樁長22.0m,樁徑1.25m,C30,嵌巖樁。取地質條件、設計成型、成樁工藝、混凝土標號相同的樁底反射信號明顯的5根%類樁的平均波速,如表2所列。

表2平均波速 m/s

按波形圖中設定的樁底位置,根據施工單位提供的樁長22m,計算得出的波速為3934m/s,與平均波速很接近,根據所測波形結合地質情況初步判定為樁端沒入巖。后用鉆芯法驗證樁端入巖情況,樁端沒有入巖。

3低應變反射波法檢測分析注意事項

3.1現場樁頭的處理

在現場信號采集的過程中,樁頭的處理是非常關鍵的一步。由于樁頭處理得不好,往往不能采集到理想的信號。樁頭的處理以露出新鮮含骨料的混凝土面為止,粘接傳感器和進行激振的位置要盡量打磨平整、處理干凈,不能破碎,不要有雜物和水。最常見的情況就是樁頭的浮漿清理不徹底,采集到的信號都不理想,往往在信號的淺層部位存在較嚴重的反向脈沖,不能客觀地反映樁身的完整性情況。另外在錘擊的過程如果出現將敲擊處混凝土敲破碎的情況,應重新打磨一個平整的激振點。

3.2傳感器的選擇及安裝

在現場檢測過程中選用速度傳感器和加速度傳感器進行對比檢測。選用速度傳感器采集的波形曲線,對淺層缺陷反應不是很明顯,而選用高靈敏度加速度傳感器測試所采集到的波形曲線,沒有振蕩,并且缺陷反應明顯。對實心樁,傳感器安裝位置宜為距樁中心2/3半徑處;對空心樁,激振點與傳感器安裝位置宜在同一水平面上,且與樁中心連線形成的夾角宜為90&,傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。耦合劑可選用粘性好的黃油、牙膏等,保證傳感器與樁頭粘接牢固、密貼、無氣泡,傳感器縱軸應安裝垂直。傳感器安裝不牢固會導致波形雜亂、振蕩明顯,不利于對基樁的分析判斷。

3.3激振設備的選擇

低應變動力檢測在樁頂實施激振的設備一般為手錘或力棒,敲擊樁頂時點擊引起質點震動形成波動傳播,在樁頭附近可近似認為半球面波,遠離樁頭后可近似為平面波,由于檢波器接收的是平面波,在樁頭附近就會形成測試“盲區”。因此為了能夠有效的識別淺層缺陷,應提高激振脈沖波頻率以提高分辨率,同時盡量保證彈性波的垂直傳播,減少淺部折射損失,所以發現淺層部位信號異常時,應用小釘錘進行激振,可更清楚地識別淺層缺陷的程度和位置。對較長樁的檢測應用力棒或鐵球進行激振,因其能量大、脈沖寬、頻率低、衰減小,適用于樁底及深部缺陷的檢測。

3.4波形分析

在對波形進行分析判定時應結合地質資料及施工記錄等相關資料進行綜合分析。應力波在樁身傳播過程中,不僅受到樁身波阻抗變化的影響,還受到樁周地質情況變化的影響。如當樁周土從較硬土層變化到較軟土層時,波形曲線會產生類似縮徑的反射。很多缺陷都產生在有水的軟弱地層或地層變化的地方,如不考慮地質變化的影響容易對基樁產生誤判。當樁底反射信號不明顯時可進行適當的指數放大,但放大倍數不應過大否則易使波形失真。對采集的原始信號進行適當的濾波,可以將測試信號中無用成分的波濾除掉,便于分析判斷。值得注意的是低通濾波頻率上限選擇過低,容易掩蓋淺層缺陷,導致漏判樁身缺陷。

4結束語

目前,低應變反射波法在樁基檢測中具有快速、高效、準確基樁等優點，但是檢測尚處于探索發展階段。隨著檢測經驗的積累、理論的完善,檢測儀器的改進,在樁基工程質量檢測中反射波法必將發揮出更大的作用,取得更大的社會效益和經濟效益，因此，低應變反射波在樁基檢測方面值得研究及大力推廣。

參考文獻

[1] 李剛，低應變反射波法在基樁檢測中的應用[J]山西焦煤科技，2008.10

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。