反射波法的技術(shù)特征及其在樁基檢測中的應(yīng)用研究

吳學(xué)謙

（寧夏建筑科學(xué)研究院有限公司，寧夏 銀川750021）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國工程建設(shè)項(xiàng)目日益增多，工程樁的應(yīng)用越來越普及，因此基樁質(zhì)量的檢測越來越重要。作為基樁完整性檢測的常規(guī)手段，低應(yīng)變反射波法在我國有多年的發(fā)展歷史并已納入國家的規(guī)范，由于此種方法具有應(yīng)用范圍廣、檢測量大、野外數(shù)據(jù)采集快速、方便、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此其被眾多的檢測單位所采納與使用。但是反射波法也存在一些不可回避的問題，如測試盲區(qū)、理論模型局限、樁側(cè)土阻力影響、檢測有效深度、樁身的頻響特性、微裂縫影響等等，此外，反射波法是依據(jù)波形直觀判讀的經(jīng)驗(yàn)法，在實(shí)際工程樁檢測中容易出現(xiàn)誤判，因此它又是相對準(zhǔn)確程度不夠高的一種檢測方法。

1 反射波法的技術(shù)特征

反射波法利用手錘在樁頭施加一小沖擊擾動(dòng)力，激發(fā)一應(yīng)力波沿樁身向下傳播，然后利用速度或加速度（一般為加速度）傳感器接受由樁身缺陷或樁底產(chǎn)生的反射信號(hào)，根據(jù)對反射波時(shí)程曲線的綜合分析，對樁的結(jié)構(gòu)完整性作出判斷。該方法的前提條件是把單樁假設(shè)為一維勻質(zhì)彈性體桿件，當(dāng)樁頂受到一小擾力后，產(chǎn)生的彈性應(yīng)變以縱波形式沿樁身向下傳遞。由于樁頂施加的是一個(gè)小擾力，土體振動(dòng)的影響可以忽略不計(jì)。應(yīng)力波沿樁身傳播的規(guī)律遵循一維波動(dòng)方程，根據(jù)一維波動(dòng)方程分析導(dǎo)出的反射波相位特征，是反射波法測試的主要依據(jù)。這一特征可以非常通俗地描述為：在樁擴(kuò)徑部位，反射波波形相位同初始相位相反；在樁縮徑、離析或夾泥等不利缺陷部位，則反射波形相位同初始相位相同。這兩點(diǎn)是判斷缺陷的基本依據(jù)。

顯然，當(dāng)樁頂作用一脈沖力后，便有應(yīng)力波沿樁身傳播，若樁身質(zhì)量有問題，存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁和嚴(yán)重離析等部位）或樁身截面積變化（如縮徑或擴(kuò)徑）部位，將產(chǎn)生反射和透射。經(jīng)接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，按照一維波動(dòng)方程并結(jié)合樁型特點(diǎn)，檢測儀器可給出樁身彈性波傳播過程中的速度波形曲線，根據(jù)這些波形曲線，即可判定樁身質(zhì)量。

反射波法適用于檢測樁身混凝土的完整性，推定缺陷類型及其在樁身上的位置。本方法也可對樁長進(jìn)行核對，對樁身混凝土的強(qiáng)度等級作出估計(jì)。

2 現(xiàn)場測試方法

（1）被測樁應(yīng)鑿去浮漿，平整樁頭，切除樁頭外露過長的主鋼筋。

（2）檢測前應(yīng)對儀器設(shè)備進(jìn)行檢查，性能正常方可使用。

（3）每個(gè)檢測工地均應(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。因?yàn)椴煌^(qū)樁的類型、樁徑大小、樁頭混凝土質(zhì)量、土層地質(zhì)情況等條件差異較大，檢測時(shí)，對激振和接收的最佳條件選擇只能通過現(xiàn)場試驗(yàn)對比來確定。通過調(diào)節(jié)放大器增益，使波形不產(chǎn)生畸變，改變?yōu)V波頻率提高分辨率和信噪比。

（4）激振點(diǎn)宜選擇在樁頭中心部位，傳感器宜穩(wěn)固地安置在樁頭上。對于樁徑大于350mm的樁可安置兩個(gè)或多個(gè)傳感器。

（5）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。

（6）為提高檢測的分辨率，應(yīng)使用小能量激振，并選用高截止頻率的傳感器和放大器。

（7）判別樁身淺部缺陷，可同時(shí)采用橫向激振和水平速度型傳感器接收，進(jìn)行輔助判定。

（8）每一根被檢測的單樁均應(yīng)進(jìn)行兩次及以上重復(fù)測試。出現(xiàn)異常波形應(yīng)在現(xiàn)場及時(shí)研究，排除影響測試的不良因素后再重復(fù)測試。重復(fù)測試的波形與原波形具有相似性。

3 檢測數(shù)據(jù)的處理與判定

應(yīng)根據(jù)波形圖中的入射波和反射波的波形、相位、振幅、頻率及波的到達(dá)時(shí)間等特征，推定樁的完整性。判定方法如下：

（1）反射波波形規(guī)則，波列清晰，樁底反射明顯，易于讀取反射波到達(dá)時(shí)間，及樁身混凝土平均波速較高的樁為完整性好的樁。

（2）反射波到達(dá)時(shí)間小于樁底反射波到達(dá)時(shí)間，且波幅較大，往往出現(xiàn)多次反射，難以觀測到樁底反射波的樁，系樁身斷裂。

（3）樁身混凝土嚴(yán)重離析時(shí)，其波速較低，反射波幅減少，頻率降低。

（4）縮徑與擴(kuò)徑的部位可按反射歷時(shí)進(jìn)行估算，類型可按相位特征進(jìn)行判別。

（5）當(dāng)有多處缺陷時(shí)，將記錄到多個(gè)相互干擾的反射波組，形成復(fù)雜波形。此時(shí)應(yīng)仔細(xì)甄別，并結(jié)合工程地質(zhì)資料、施工原始記錄進(jìn)行綜合分析。有條件尚可使用多種檢測方法進(jìn)行綜合判別。實(shí)踐證明，離樁頂?shù)谝粋€(gè)缺陷的判別要十分仔細(xì)慎重。

（6）樁身淺部斷裂的定性評價(jià)，可通過橫向激振比較同類樁橫向振動(dòng)特征之間的差異進(jìn)行輔助判斷，存在淺部斷裂的樁，在進(jìn)行橫向激振時(shí)，有自振頻率降低、振幅較大、衰減歷時(shí)增加及波形不規(guī)則等現(xiàn)象，在一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可對樁身淺部斷裂做出定性評價(jià)。

（7）在上述時(shí)域分析的基礎(chǔ)上，尚可采用頻譜分析技術(shù)，利用振幅譜進(jìn)行輔助判斷。

4 檢測中的幾個(gè)問題

（1）樁頭的處理。樁頭處理的好壞，對波形采集的準(zhǔn)確與否有直接的關(guān)系。樁頭浮漿使波難以下傳，對測試結(jié)果影響較大。此外主鋼筋外露過長，也會(huì)產(chǎn)生諧振干擾。因此，鑿去浮漿，平整樁頭，露出堅(jiān)硬、新鮮的混凝土，鋸短樁頭上的鋼筋等工作，是很有必要的。

（2）成層土的影響。在對應(yīng)力波時(shí)程曲線的分析中，不僅應(yīng)考慮樁體本身材料、剛度以及缺陷的影響，同時(shí)受到樁側(cè)土模量大小的制約。一般來說，樁側(cè)土力學(xué)性質(zhì)越好，應(yīng)力波在樁側(cè)土中損耗越大，在層間硬土層將會(huì)反映為似擴(kuò)徑的子波疊加，相反如軟夾土層將會(huì)由于應(yīng)力波透射損耗小而產(chǎn)生似縮徑的子波疊加。因此在進(jìn)行測樁時(shí)應(yīng)考慮場地的地層地質(zhì)條件綜合判定。

（3）樁底反射的確定。一般情況下，均能找到樁底反射，但有時(shí)就找不到樁底反射，情況之一是缺陷大，掩沒了樁底反射；另一種情況是樁持力層與樁阻抗匹配得好，也無樁底反射。如嵌巖樁與基巖嵌固程度好，無樁底反射。因此在分析時(shí)應(yīng)充分利用地質(zhì)資料、施工記錄等資料來分析確定，以免產(chǎn)生誤判。

（4）對缺陷程度不能進(jìn)行定量分析。如缺陷位置距樁頂?shù)木嚯x以及缺陷的嚴(yán)重程度不能做出準(zhǔn)確的計(jì)算；對于Ⅱ、Ⅲ類樁的界定，它關(guān)系到所檢測的樁是否需要進(jìn)行處理，也是檢測人員最難以把握的。這時(shí)往往需要借助其他的方法來做進(jìn)一步的檢測。

（5）如果樁身存在多處缺陷時(shí)，深部缺陷不易被檢測到。淺部缺陷或樁太長時(shí)，缺陷都不易被檢測到。

5 結(jié)束語

總之，基于反射波法對樁基礎(chǔ)進(jìn)行樁身完整性檢測，能夠確定樁身缺陷位置和缺陷的程度，其檢測結(jié)果是比較準(zhǔn)確的，能夠滿足一般工程的需要，是普查工程樁基的有利手段。它具有不受施工場地條件限制、方便、快速、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。配合其他檢測方法和手段，能夠確保工程樁基質(zhì)量并通過驗(yàn)收，對加強(qiáng)樁基工程質(zhì)量控制起到非常重要的作用。當(dāng)然，對于應(yīng)用過程中若遇不同地點(diǎn)、不同地質(zhì)條件、不同樁長等，反射波法的適用性及準(zhǔn)確性問題有待根據(jù)實(shí)測結(jié)果進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，深入分析研究。

［1］任曉偉,任洪偉.樁基工程檢測技術(shù)概述[J].科技資訊,2009(02).

［2］李淑萍.低應(yīng)變反射波法現(xiàn)場檢測基樁的技術(shù)要點(diǎn)[J].青海交通科技,2009(02).