樁體完整性檢測中低應變反射波法誤判因素研究

趙蘊林， 吳磊， 呂航， 劉力豪

(四川理工學院土木工程學院， 四川自貢643000)

樁體完整性檢測中低應變反射波法誤判因素研究

趙蘊林， 吳磊， 呂航， 劉力豪

(四川理工學院土木工程學院， 四川自貢643000)

近年來，低應變反射波法由于其測試方便、速度快和價格相對較低等特點得到了廣泛使用，但其技術(shù)本身的一些問題，如測試盲區(qū)、理論缺陷、微裂縫影響、外界因素等對最后的測試波形產(chǎn)生嚴重的影響，最終導致對基樁缺陷的誤判，給工程帶來較大損失。通過工程實例分別探討了測試盲區(qū)、理論缺陷、微裂縫、外界因素、有效檢測深度等對于低應變檢測結(jié)果發(fā)生誤判的可能，并就樁基檢測中易出現(xiàn)誤判的各種情況進行分析，總結(jié)出防止嚴重誤判的方法。只有在全面了解各種影響檢測技術(shù)準確性的因素和客觀正確分析檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，不斷探索才能在實踐中不斷積累經(jīng)驗，在最大程度上減少誤判的發(fā)生。

測試盲區(qū)；理論缺陷；外界因素

引言

低應變反射波法是假定樁是一維彈性桿[1]，在樁頂利用手錘施加脈沖力F(T)后，激發(fā)應力波沿樁身傳播，遇到波阻抗變化處產(chǎn)生反射波，因測試方便簡單，價格低廉的特點得到了廣泛使用[2]。實際在運用該法時，用力敲擊樁面使之產(chǎn)生一個沿樁身向下傳播的應力波，如果樁身完整，則應力波將會一直傳到樁底，并在樁底產(chǎn)生反射波[3]，但當樁身某部位存在缺陷時，則應力波會在該處立刻發(fā)生反射，反射波信號由樁面的檢波器接收傳入電腦后分析而得出結(jié)論，但其技術(shù)本身存在的問題，如測試盲區(qū)、理論缺陷、微裂縫影響、外界因素等對最后的波形產(chǎn)生嚴重的影響，從而導致對基樁缺陷的誤判，給工程帶來較大損失[4]。本文就樁基檢測中容易出現(xiàn)誤判的各種情況進行分析，總結(jié)出防止嚴重誤判的方法。

1檢測理論

低應變法的檢測原理來源于應力波理論，基本原理是在樁頂進行豎向激振，從而使樁中產(chǎn)生應力波，并沿樁身向下傳播，當樁身存在明顯阻抗界面(如樁底、斷裂、離析、夾泥、縮頸、擴徑)部位，將產(chǎn)生反射波，利用特定儀器接收、放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識別來自樁身不同部位的反射信息[5]，通過對反射波波形的分析計算判斷樁身完整性，從而達到判定樁身缺陷的程度及其位置。

檢測規(guī)范中對于樁身完整性和缺陷的程度評估，按缺陷對樁身結(jié)構(gòu)承載力的影響程度統(tǒng)一劃分為四類[6]：Ⅰ類—樁身完整。Ⅱ類—樁身有輕微缺陷，不會影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的發(fā)揮。Ⅲ類—樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響。Ⅳ類—樁身存在嚴重缺陷，—般應進行補強處理。

采用低應變反射波檢測樁基時，如果要提高該方法的檢測精度，就必須對影響樁基判斷的相關(guān)因素做較為深入和詳細的研究[7]，從而達到在結(jié)果檢測中最大化的剔除誤判因素[8]。

2方法的自身問題

2.1測試盲區(qū)

該盲區(qū)深度范圍在l倍樁徑至1/2波長之間。盲區(qū)的大小與激發(fā)脈沖信號的寬度密切相關(guān)，實測過程中可以通過提高力錘硬度、減弱激發(fā)能量、減小脈沖寬度等方式減小盲區(qū)范圍[8]。低應變反射波檢測法的理論假設之一是平截面假設，在實際測試中手錘對樁體表面敲擊而產(chǎn)生的振動波實際上是球面波，只有在樁體中傳播到一定深度后才能近似地看作平面波。應力波在樁頭附近產(chǎn)生的大量雜亂反射會干擾缺陷反射波的強度和形狀，導致誤判[9]。

此外，敲擊樁面產(chǎn)生的應力波在遇到缺陷后將出現(xiàn)上行波和下行波兩種波形，應力波遇到缺陷后產(chǎn)生的自底部向上的反射波信號會被能量較大的激振波所掩蓋，故在實測信號中很難識別出樁體淺部缺陷[10]。在大量實踐中，總結(jié)出：λ=δ·Co，λ/△h≥5，式中，λ：下行波波長，δ：應力波的周期，Co：應力波的波速，△h：樁頭距離缺陷的長度。如缺陷位置滿足條件會使波動性狀不明，實測波形表現(xiàn)為大振幅低頻信號，容易與測試中常見的樁體離析缺陷波形混淆，最終導致嚴重誤判。

因此，在實際檢測中測試盲區(qū)的深度與樁徑、錘重及敲擊力度、樁頭表面的剛度和平整度有關(guān)。

2.2理論模型缺陷

基樁低應變反射波法的基本理論是一維波動方程，采用信號擬合技術(shù)[11]。該技術(shù)由于樁土介質(zhì)太復雜，并不成熟，在工程實踐中，大量使用的是時域波形分析。該法是通過在缺陷反射界面處入射波和反射波幅值的變化來判斷缺陷，而在實際操作中，如果遇到波阻抗?jié)u變的情況則無法進行評判，而阻抗?jié)u變范圍如果與反射波長的比值越小，則樁體缺陷越難判斷。

2.3有效檢測深度

該法的檢測深度有上限，并非對于任何樁長的灌注樁都可達到通長檢測的效果，其原因主要在于應力波自身的能量衰減，儀器的測試精度和性能。

應力波能量衰減主要是由于樁周土阻力、樁身缺陷、樁身材料的阻抗等三個因素[12]。樁側(cè)土阻力對應力波的耗散，主要體現(xiàn)在應力波沿樁身向外輻射和樁土的相對運動。樁周土阻力越小，樁身強度越高，樁土剛度比越大，則有效檢測深度越大。其次，應力波在經(jīng)過缺陷時會有能量損失，缺陷越多則能量損耗越大，一般在檢測到第三個缺陷時，波形振幅已經(jīng)變得十分微弱。第三，樁身材料的阻尼對應力波能量衰減的影響相對最弱，并不是決定有效檢測深度的主要因素，一般，灌注樁體的阻尼大于預制樁體，低標號砼的阻尼略大于高標號砼的阻尼。

測試儀器精度和性能對于微弱信號的捕捉能力是決定有效檢測深度的另一個主要因素，目前最深的有效檢測深度可以達到55 m的極限深度，基本上可以覆蓋工程中所有樁長。

目前低應變有效檢測長度為30倍樁徑，所以，如在測樁中出現(xiàn)有效樁長不能覆蓋實際樁長時，必須采用其他方法。

3其他因素影響

3.1土層影響

土層的影響主要是由于樁周局部硬土層與樁體緊密結(jié)合在一起，由于附著的泥土密度不一，阻抗大小也不同，造成整個樁體的阻抗變化，在反射波形的形狀判讀中容易與擴徑或縮徑的波形混淆[13]，容易判斷為樁身的缺陷，但實際上樁體并無擴徑或縮徑，這樣，一根正常完整的樁體卻被誤判為樁體缺陷，導致不必要的樁體開挖修補，從而產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟損失。

3.2微裂縫影響

低應變應力波如果遇到0.01 mm寬度的水平微裂縫，由于微裂縫的分隔造成樁體分離，致使應力波無法穿過該空格，形成與斷樁相似的波形，此類缺陷可采用高應變反射波檢測法。

3.3檢測方法不規(guī)范造成的影響

目前有眾多的檢測單位因為市場競爭的原因，檢測方法不規(guī)范，故更易造成檢測結(jié)果失真：(1)為圖方便，不處理樁頭就直接檢測，如樁頂浮漿未去掉或測點不平整造成所采曲線不可靠。(2)測點位置不對，數(shù)量不夠，而造成檢測數(shù)據(jù)失真和缺陷。(3)錘擊時在檢波器旁敲擊，造成所采集信號失真。(4)混凝土齡期過短就進行檢測所采集曲線會出現(xiàn)異常形狀，從而誤判。

4工程實例分析

4.1實例一

四川某建筑工地共有186根樁，其樁徑為C30，Φ800～Φ1200的人工挖孔灌注樁，平均樁長為26 m。該工程的地質(zhì)情況很差，從上至下依次為：雜填土，厚0.6 m；砂土，厚1.2 m；淤泥，厚16 m～18 m。該工程先由當?shù)氐囊患覚z測單位做了低應變試樁檢測，結(jié)果為Ⅰ類樁128根，Ⅱ類樁58根，沒有不合格樁。隨后另外一家檢測單位對所有基樁進行了樁基靜載荷試驗，結(jié)果有18根樁不合格，達不到規(guī)定強度要求，且承載力偏低較多，平均比設計值偏低25%，其中有3根樁竟然比設計值低40%以上[14]，嚴重不符合要求，這引起了三個單位之間的爭議與矛盾。

對本次結(jié)果會有如此大的誤判，原因主要有以下三點：(1)第一家檢測單位沒有認真研究工程地質(zhì)報告，對第二層與第三層之間典型的軟硬土交界面附近的反射重視不夠；(2)該工程檢測的測試盲區(qū)達3.2 m，其中12根不合格的測樁的缺陷為淺部斷樁，位于測試盲區(qū)內(nèi)，第一家檢測單位忽略了這個問題，把淺部斷樁也檢測為好樁，予以通過；(3)本次檢測中采用的儀器精度不夠及樁側(cè)土阻力的原因?qū)е掠行z測深度為25 m，不能覆蓋全部樁長30 m的范圍，因此有6根樁端出現(xiàn)嚴重離析問題的樁沒有被檢測出來。

4.2實例二

四川成都2008年9月初某工程由于個別基樁樁頂浮漿太深，引起了甲方對該工程樁質(zhì)量的懷疑，從而采用了鉆芯法對10#、23#等樁進行了鉆芯檢測，鉆芯結(jié)果表明10#、23#樁存在嚴重質(zhì)量問題。以上兩根樁均為直徑1.5 m的人工挖孔樁，總樁長22 m～25 m，兩根樁的缺陷部位為12 m～15 m。實際上，在該段取不出完整芯樣，說明砼強度極低且松散，但兩樁均經(jīng)過了低應變完整性檢測，未發(fā)現(xiàn)問題，后又經(jīng)過另一檢測單位對該兩樁的反射波法復測，曲線波形正常，如無鉆芯佐證根本無法發(fā)現(xiàn)缺陷。通過對失敗原因的分析，是方法本身的缺陷所致，當樁身混凝土松散時，一旦樁身阻抗突變不顯著，比如樁身阻抗?jié)u變，就不易產(chǎn)生明顯的反射波[15]；二是混凝土的松散結(jié)構(gòu)對應力波吸收強烈，使反射波信號減弱，導致接收的信號不能反映真實的質(zhì)量；三是缺陷部位較深，超出了有效測試范圍。

5結(jié)束語

目前國內(nèi)市場上應用的各種檢測方法中，低應變檢測逐漸成為主流方法，也是開展其他方法的依據(jù)，故檢測人員的技術(shù)責任十分重大，如果出現(xiàn)誤判就會給工程安全帶來嚴重的后果。為了提高判斷精度，只有對可能產(chǎn)生的各種缺陷作出充分了解，才能掌握各種誤判波形性狀[16]。只有在全面了解各種影響低應變檢測技術(shù)準確性的因素和客觀正確分析檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，才能在實踐中不斷積累經(jīng)驗，最大程度上減少誤判的發(fā)生。

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[3] JGJ106-2003,建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

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The Research of Pile Integrity Testing Misjudgment Factors in Low Strain Reflected Wave Method

ZHAOYunlin,WULei,LVHang,LIULihao

(School of Civil Engineering, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong 643000, China)

In recent years, because of the convenience, fast test speed and relatively low price, low strain reflection wave method has been widely used. But some problems of the technology, such as test blind area, defect theory, microfracture and external factors, have a significant impact on the final test waveform, eventually lead to the defect of pile and bring bigger loss to engineering. In this paper, through the project example, the test blind area, theoretical defects, microfracture, external factors, such as effective detecting depth of the possibility of miscalculation for low strain test result were respectively discussed, the pile foundation detection misjudgment of all kinds of conditions which were liable to occur were analyzed, and the method to prevent serious mistakes were summarized. Results show that only in the full understanding of all kinds of factors influencing the accuracy of the detection technology, and with the objective correct analysis on the basis of test results, then maintain a forever learning attitude to accumulate experience in practice, misjudgment can be reduced.

test the blind area; theoretical defects; external factors

2016-11-29

趙蘊林(1975-)，女，四川富順人，副教授，碩士，主要從事巖土工程方面的研究，(E-mail)987158504@qq.com

1673-1549(2017)02-0068-03

10.11863/j.suse.2017.02.14

TU223.6

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