低應(yīng)變反射波法在樁基檢測中的應(yīng)用

陳少波

摘要:低應(yīng)變反射波法是一種應(yīng)用十分廣泛的樁基檢測方法，具有快速、高效、準(zhǔn)確等技術(shù)優(yōu)點。本文從低應(yīng)變反射波法的基本原理出發(fā)，對一些實例檢測中常見的波形進(jìn)行了分析，并重點分析了檢測中應(yīng)注意的事項，確保了低應(yīng)變反射波檢測的準(zhǔn)確性?？晒﹨⒖肌?/p>

關(guān)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(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，樁基礎(chǔ)作為一種安全、有效、可靠的基礎(chǔ)形式在眾多等領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。由于樁基屬于隱蔽工程，施工過程中難免出現(xiàn)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(zhì)量而影響到上部結(jié)構(gòu)物的安全，因此樁基質(zhì)量的檢測越來越重要。樁基檢測技術(shù)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(shù)目前主要有低應(yīng)變法、高應(yīng)變法,各有優(yōu)缺點。低應(yīng)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(yōu)點，因此其被眾多的檢測單位所采納與應(yīng)用。

1低應(yīng)變反射波法的基本原理

低應(yīng)變反射波法是以一維波動方程為理論基礎(chǔ)。將樁身假定為一維彈性桿件,當(dāng)樁頂受到一激振力后,產(chǎn)生一壓縮波,沿樁身向下傳播,當(dāng)樁身的波阻抗Z發(fā)生變化時,應(yīng)力波在樁身的傳播將產(chǎn)生反射、透射和折射。兩種波阻抗差別越大,縱向應(yīng)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(jù)這些信息進(jìn)行分析,可對樁身完整性質(zhì)量進(jìn)行分析判斷。

在基樁某一個波阻抗變化界面處,假設(shè)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(dāng)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(yīng)位置混凝土質(zhì)量較差,發(fā)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(zhì)不變,即ρ1C1=ρ2C2,則A1>A2,也就是說樁身的截面發(fā)生了變化,在樁身相應(yīng)截面發(fā)生了縮頸,反射波和入射波同相位。

(2)當(dāng)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(yīng)力波由軟材料向硬材料方向傳波。②假定樁身材料的性質(zhì)不變,即ρ1C1=ρ2C2,則A1

當(dāng)樁身存在缺陷時,根據(jù)接收到的缺陷反射波時刻與樁頂錘擊觸發(fā)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(jīng)開挖驗證,樁頂下2.2～3.4m出現(xiàn)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(zhì)條件、設(shè)計成型、成樁工藝、混凝土標(biāo)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(jù)平均波速3855m/s初步判定樁頂下4.9m處嚴(yán)重離析。后經(jīng)取芯驗證,在5.0m處開始嚴(yán)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(yán)重缺陷。后經(jīng)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(zhì)條件、設(shè)計成型、成樁工藝、混凝土標(biāo)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(shè)定的樁底位置,根據(jù)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(jù)所測波形結(jié)合地質(zhì)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(yīng)變反射波法檢測分析注意事項

3.1現(xiàn)場樁頭的處理

在現(xiàn)場信號采集的過程中,樁頭的處理是非常關(guān)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(jìn)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(yán)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(xiàn)將敲擊處混凝土敲破碎的情況,應(yīng)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(xiàn)場檢測過程中選用速度傳感器和加速度傳感器進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)安裝垂直。傳感器安裝不牢固會導(dǎo)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(shè)備的選擇

低應(yīng)變動力檢測在樁頂實施激振的設(shè)備一般為手錘或力棒,敲擊樁頂時點擊引起質(zhì)點震動形成波動傳播,在樁頭附近可近似認(rèn)為半球面波,遠(yuǎn)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(qū)”。因此為了能夠有效的識別淺層缺陷,應(yīng)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(fā)現(xiàn)淺層部位信號異常時,應(yīng)用小釘錘進(jìn)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(yīng)用力棒或鐵球進(jìn)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(jìn)行分析判定時應(yīng)結(jié)合地質(zhì)資料及施工記錄等相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析。應(yīng)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(zhì)情況變化的影響。如當(dāng)樁周土從較硬土層變化到較軟土層時,波形曲線會產(chǎn)生類似縮徑的反射。很多缺陷都產(chǎn)生在有水的軟弱地層或地層變化的地方,如不考慮地質(zhì)變化的影響容易對基樁產(chǎn)生誤判。當(dāng)樁底反射信號不明顯時可進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笖?shù)放大,但放大倍數(shù)不應(yīng)過大否則易使波形失真。對采集的原始信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V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(dǎo)致漏判樁身缺陷。

4結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)

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

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