低應(yīng)變法在檢測(cè)樁身完整性中的應(yīng)用

高攀　王晶

【摘 要】 樁基屬于隱蔽工程，為保證其安全可靠，質(zhì)量檢測(cè)是十分必要的。樁身完整性檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)幾十年的發(fā)展，其檢測(cè)方法取得了很大進(jìn)步，由原來(lái)的單一性向現(xiàn)在的多樣性轉(zhuǎn)變。由于該方法檢測(cè)快捷、簡(jiǎn)便易于操作和掌握。現(xiàn)在已經(jīng)越來(lái)越廣泛地運(yùn)用于工程建設(shè)領(lǐng)域。以下介紹了如何運(yùn)用低應(yīng)變法檢測(cè)樁身完整性。

【關(guān)鍵詞】 低應(yīng)變法 樁身 完整性

1 基本原理

應(yīng)力波反射法的測(cè)試原理是：在樁頂實(shí)施錘擊后，激起樁頂質(zhì)點(diǎn)的位移，該位移在樁身中傳播而形成應(yīng)力波。應(yīng)力波在下行途中，如果遇到阻抗減小（夾泥、離析等），則產(chǎn)生上行的拉伸波。拉伸波到達(dá)樁頂面時(shí)，將導(dǎo)致樁頂面質(zhì)點(diǎn)向下的速度增加；反之，如果遇到阻抗增大（擴(kuò)徑等），則產(chǎn)生上行的壓縮波，該波運(yùn)行至樁頂面將導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)向下的速度減小；應(yīng)力波運(yùn)行至樁端，由于阻抗劇變，而產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的上行壓縮波，即樁端反射。

所有這些信息都被安裝于樁頂?shù)募铀俣葌鞲衅鹘邮?，正是根?jù)初始激振與樁端反射之間的時(shí)間差T及樁長(zhǎng)L來(lái)推求應(yīng)力波在樁身介質(zhì)中的傳播速度C=2L/T。根據(jù)速度曲線的上下起伏，來(lái)判斷樁身的阻抗變化情況，再根據(jù)反射波到達(dá)樁頂?shù)臅r(shí)間及波速來(lái)推求阻抗變化的位置，并判斷缺陷的程度，判定樁身完整性類別。

2 低應(yīng)變法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)

2.1 測(cè)試儀器和設(shè)備

2.1.1 測(cè)量響應(yīng)系統(tǒng)。

建議低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)使用的測(cè)量響應(yīng)傳感器采用壓電式加速度傳感器。實(shí)踐表明，除采用小錘硬碰硬敲擊外.速度信號(hào)中的有效高額成分一般在2000Hz以內(nèi)。但這并不等于說(shuō)，加速度計(jì)的頻響線段達(dá)到2000Hz就足夠了。這是因?yàn)?，加速度原始信?hào)比積分后的速度波形中要包含更多的毛刺，高頻尖峰毛刺的寬窄和多寡決定了它們?cè)陬l譜上占據(jù)的頻帶寬窄和能量大小。當(dāng)加速度計(jì)的頻響線性段較窄時(shí)，就會(huì)造成信號(hào)失真。

2.1.2 激振設(shè)備。

瞬態(tài)激振操作應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選擇不同材質(zhì)的錘頭或錘墊，以獲得低頻寬脈沖或高頻窄脈沖。除大直徑樁外.沖擊脈沖中的有效高頻分量可選擇不超過(guò)2000Hz。樁直徑小時(shí)，脈沖可少窄一些。錘頭的軟硬或錘墊的厚薄和錘的質(zhì)量都能起到控制脈沖寬窄的作用，通常前者起主要作用。而后者（包括手錘輕敲或加力重?fù)簦┲饕强刂屏γ}沖幅值。

2.2 測(cè)試前的準(zhǔn)備

2.2.1 樁頭處理。

樁頂條件和樁頭處理的好壞直接影響測(cè)試信號(hào)的質(zhì)量。測(cè)試樁應(yīng)鑿去樁頂浮漿或松散、破損的部分，并露出堅(jiān)硬的混凝土表面，樁頂表面應(yīng)平整干凈且無(wú)積水；應(yīng)將敲擊點(diǎn)和響應(yīng)測(cè)試傳感器安裝點(diǎn)部位磨平，多次錘擊信號(hào)重復(fù)性較差時(shí)，多與敲擊或安裝部位不平整有關(guān)，妨礙正常測(cè)試的樁頂外漏主筋應(yīng)割掉。

2.2.2 測(cè)試參數(shù)設(shè)定：

（1）時(shí)域信號(hào)記錄的時(shí)問(wèn)段長(zhǎng)度應(yīng)在2L/C時(shí)刻后延續(xù)不少于5ms；幅頻信號(hào)的頻率范圍上限不應(yīng)小于2000Hz；

（2） 設(shè)定樁長(zhǎng)應(yīng)為樁頂測(cè)試點(diǎn)至樁底的施工樁長(zhǎng)，設(shè)定樁身截面積應(yīng)為施工截面積；

（3）樁身波速可根據(jù)本地區(qū)同類型樁的測(cè)試值初步設(shè)定；

（4）采樣時(shí)間間隔或者采樣頻率根據(jù)樁長(zhǎng)、樁身波速和頻域分辨合理選擇：時(shí)域信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)不宜少于1024點(diǎn)；

（5）傳感器的設(shè)定值應(yīng)按計(jì)量檢定結(jié)果設(shè)定

2.3 傳感器安裝與激振操作

2.3.1 傳感器安裝應(yīng)與樁頂面垂直；用耦合劑粘接時(shí)，應(yīng)具有足夠的粘接強(qiáng)度。

2.3.2 實(shí)心樁的激振點(diǎn)位置應(yīng)選擇在樁中心，測(cè)量傳感器安裝位置宜為莊中心2/3半徑處；空心樁的激振點(diǎn)與測(cè)量傳感器安裝位置宜在同一水平面上。且與樁中心聯(lián)機(jī)形成的夾角宜為90度，激振點(diǎn)和測(cè)量傳感器安裝位置宜為裝壁厚的1/2處。

2.3.3 激振點(diǎn)與測(cè)量傳感器安裝位置應(yīng)避開(kāi)鋼筋籠的主筋影響。

2.3.4 激振方向應(yīng)沿樁軸線方向。

2.3.5 瞬態(tài)激振應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)敲擊試驗(yàn)，選擇合適重量的激振力錘和錘墊，宜用寬脈沖獲取樁底或樁身下部缺陷反射信號(hào)，宜用窄脈沖獲取樁身上部缺陷反射信號(hào)。

2.3.6 穩(wěn)態(tài)激振應(yīng)在每一個(gè)設(shè)定頻率下獲得穩(wěn)定響應(yīng)信號(hào)，并應(yīng)根據(jù)樁徑、樁長(zhǎng)及樁固土約束情況調(diào)整激振力大小。根據(jù)樁徑大小，樁心對(duì)稱布置2～4檢測(cè)點(diǎn)；每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)記錄的有效信號(hào)不宜少于3個(gè)。

3 檢測(cè)資料分析與判定

4 檢測(cè)注意事項(xiàng)

4.1 測(cè)試時(shí)間

混凝土灌注樁的強(qiáng)度是隨其齡期增加而增大。當(dāng)混凝土強(qiáng)度和彈性模量都達(dá)到一定值時(shí)，手錘敲擊樁頭才可能產(chǎn)生應(yīng)力波，并在樁中傳播，如果樁體的彈性模量太小，即使增加錘擊能量也難于得到樁底反射信號(hào)。所以對(duì)于混凝土灌注樁測(cè)試，一般應(yīng)選在樁身達(dá)到齡期后進(jìn)行。

4.2 樁頭處理

在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集工作中，樁頭處理的好壞是測(cè)試是否能夠有效的重要因素，也是測(cè)試前需要準(zhǔn)備的關(guān)鍵性步驟。樁頭應(yīng)為達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的有效樁頭，必須鑿去表面浮漿，暴露出堅(jiān)硬部分含骨料的混凝土為止，且樁頭不能破碎、含水，不能有雜物，并用角向磨光機(jī)打磨若干個(gè)平整光潔的面，以便安裝傳感器和有良好的錘擊平面。

4.3 傳感器的選擇與安裝

測(cè)振傳感器是基樁低應(yīng)變檢測(cè)中最基本的重要測(cè)試元件之一，它將機(jī)械振動(dòng)參量換成電信號(hào)，其性能參數(shù)好壞直接影響到轉(zhuǎn)換電信號(hào)的數(shù)據(jù)是否真實(shí)地反映樁本身的反射信息。

4.4 激振錘與錘擊點(diǎn)

低應(yīng)變法的振源主要由手錘敲擊樁面而產(chǎn)生。錘擊產(chǎn)生的應(yīng)力波的差異，對(duì)測(cè)試信號(hào)的質(zhì)量有極大的影響。錘擊脈沖過(guò)寬，會(huì)掩蓋樁身淺部問(wèn)題；錘擊脈沖過(guò)窄，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力波彌散。錘擊能量過(guò)小，就很難將整個(gè)樁激振，特別對(duì)一些大、長(zhǎng)樁，就很難看出樁底反射。錘擊時(shí)，應(yīng)盡量保證錘擊方向與樁面垂直，以減少水平分量對(duì)波形產(chǎn)生的干擾。

4.5 信號(hào)采集

信號(hào)采集較好的波形應(yīng)該具有以下特征：①多次錘擊的波形重復(fù)性好；②波形真實(shí)反映樁的實(shí)際情況，完好樁樁底反射明顯；③波形光滑，不應(yīng)含毛刺或振蕩波形；④波形最終回歸基線。不同檢測(cè)點(diǎn)及多次實(shí)測(cè)時(shí)域信號(hào)一致性較差時(shí)，應(yīng)分析原因并在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)研究，排除影響測(cè)試的不良因素后復(fù)測(cè)。當(dāng)隨機(jī)干擾較大時(shí)，可采用信號(hào)增強(qiáng)方式，進(jìn)行多次重復(fù)激振與接收。

4.6 場(chǎng)地條件

樁周土對(duì)低應(yīng)變低應(yīng)變法檢測(cè)采集波形曲線也具有較大影響，因此，每個(gè)檢測(cè)工地均應(yīng)進(jìn)行激振方式和接收條件的選擇試驗(yàn)，確定最佳激振方式和接收條件。

4.7 檢測(cè)信號(hào)處理

對(duì)樁底反射信號(hào)不明顯的情況，結(jié)合原始波形，適當(dāng)?shù)貙?duì)波形進(jìn)行指數(shù)放大，可以確保在樁頭信號(hào)不被削波的情況下使樁底信號(hào)得以清晰地顯現(xiàn)出來(lái)。為使波形更容易分析判斷，經(jīng)常在波形分析處理時(shí)采用到波形的濾波。實(shí)際工作中，多采用低通濾波，而低通濾波頻率上限的選擇尤為重要，因而須注意選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與分析可知，低應(yīng)變法在對(duì)樁的完整性進(jìn)行檢測(cè)時(shí)結(jié)論較為準(zhǔn)確有效，可以滿足工程實(shí)踐的需要。通過(guò)此方法的具體分析，我們必須做到嚴(yán)格執(zhí)行每一個(gè)環(huán)節(jié)，保證低應(yīng)變法檢測(cè)基樁完整性的準(zhǔn)確性，從而保證工程質(zhì)量。

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