關(guān)于低應(yīng)變檢測(cè)中幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題的分析與探討

張洪波

摘 要 本文對(duì)低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)中存在的幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，如樁身平均波速確定，前部缺陷識(shí)別及低應(yīng)變定量化等問(wèn)題分別進(jìn)行了分析和討論。

關(guān)鍵詞 樁身平均波速；阻抗；淺部缺陷；低應(yīng)變定量化

前言

低應(yīng)變動(dòng)測(cè)檢查樁身質(zhì)量快速而有效。在國(guó)內(nèi)隨著中巖科技生產(chǎn)的PRT-RSM樁身完整性檢測(cè)儀從軟件到硬件的長(zhǎng)足發(fā)展和良好的應(yīng)用效果，低應(yīng)變動(dòng)測(cè)已經(jīng)得到工程技術(shù)界的普遍認(rèn)可和采用。

低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)樁基本原理，即首先將樁體簡(jiǎn)化并假設(shè)為一維彈性桿件模型，且定義波阻抗的概念來(lái)描述樁身截面變化，然后根據(jù)彈性波的傳播理論，通過(guò)樁頂?shù)募?lì)作用使樁身內(nèi)部產(chǎn)生波動(dòng)，由安裝在樁頂?shù)募铀俣刃突蛩俣刃蛡鞲衅鹘邮詹煌ㄗ杞孛娴姆瓷洳ǎ涗洀椥圆▊鞑サ姆?時(shí)間曲線，最后由曲線相位和幅值變化情況即樁身波阻抗的變化情況，判斷樁身缺陷性質(zhì)，確定缺陷位置，計(jì)算樁長(zhǎng)，并由實(shí)測(cè)波速定性評(píng)價(jià)樁身混凝土強(qiáng)度，具體計(jì)算過(guò)程如下：

Z=ρAc （1）

L=ct/2 （2）

L=ct/2 （3）

式中：Z-樁身波阻抗；

ρ-樁身混凝土密度；

E-樁身混凝土彈性模量；

L-樁長(zhǎng)；

L-缺陷位置；

t-樁底發(fā)射雙程旅行時(shí)間；

t-缺陷處反射雙程旅行時(shí)間

從上述計(jì)算公式我們可以看出，低應(yīng)變動(dòng)測(cè)主要涉及三個(gè)參數(shù)，即樁長(zhǎng)，樁身平均彈性波速及反射時(shí)間。由于反射時(shí)間可以利用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)儀精確的測(cè)量，另外兩個(gè)未知量其中之一就必須首先進(jìn)行假定，因此低應(yīng)變本身存在著先天不足，它直接影響到檢測(cè)結(jié)果的精度及低應(yīng)變的定量化，在實(shí)際檢測(cè)中面臨著多重問(wèn)題。現(xiàn)在就幾個(gè)經(jīng)常遇到的突出難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析和討論[1]。

2 幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題

2.1 樁身平均波速問(wèn)題

樁身平均彈性波速是低應(yīng)變動(dòng)測(cè)中最重要的參數(shù)。通常在計(jì)算樁長(zhǎng)時(shí)，根據(jù)公式（2）和樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)，假定一平均波速經(jīng)驗(yàn)值，由實(shí)測(cè)樁底雙程旅行時(shí)間來(lái)得到樁長(zhǎng)。但是樁身波速與混凝土強(qiáng)度之間尚沒(méi)有明確的關(guān)系，誘人認(rèn)為樁身混凝土強(qiáng)度在C20以下時(shí)與平均波速之間呈線性，超過(guò)C20呈非線性，這種說(shuō)法雖然有一些道理，但在實(shí)際計(jì)算中很難把握，所以較為準(zhǔn)確的給定樁身平均波速常常不是一件容易的事。如下圖1為一根樁長(zhǎng)8.5m，混凝土強(qiáng)度C25的完整樁，實(shí)測(cè)曲線在指數(shù)放大10倍后可以清楚地看到樁底反射，給定波速3917m/s時(shí)等于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)；而給定3502m/s時(shí)，樁長(zhǎng)為7.6m，二者相差0.9m樁長(zhǎng)，如圖2所示。

至于缺陷樁，由于樁身平均波速的不確定性很難準(zhǔn)確計(jì)算缺陷位置。如圖3為一根樁長(zhǎng)11m，混凝土強(qiáng)度C25的縮頸缺陷樁，當(dāng)平均波速3905m/s時(shí)，滿足設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，計(jì)算缺陷位置為距樁頭2.5m處；當(dāng)平均波速3500m/s時(shí)，計(jì)算缺陷位為距樁頭2.2m處，二者相差0.3m，如圖4所示。

混凝土在現(xiàn)場(chǎng)攪拌時(shí)即時(shí)同一工地由于種種原因經(jīng)常與設(shè)計(jì)混凝土配合比出入較大，使得混凝土強(qiáng)度不穩(wěn)定，這也是造成樁身平均波速難與準(zhǔn)確假定的一個(gè)因素。因此，在同一工地樁身平均波速也是變化的，用同一波速計(jì)算不同樁長(zhǎng)和缺陷位置顯然不合理。要想提高檢測(cè)精度只有全面掌握相關(guān)資料，如場(chǎng)地勘察報(bào)告，施工記錄等進(jìn)行綜合分析及計(jì)算。

另外一種普遍認(rèn)識(shí)認(rèn)為，當(dāng)樁身存在缺陷時(shí)一定減小平均波速。這是符合理論依據(jù)的，但在實(shí)踐中常常發(fā)現(xiàn)有些缺陷，特別是較輕的缺陷并沒(méi)有明顯的影響平均速度，有事還略高于同場(chǎng)地的完整樁。本人多年來(lái)一直進(jìn)行多種樁型的檢測(cè)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)上述情況，因?yàn)閼?yīng)在實(shí)際計(jì)算中應(yīng)沖破傳統(tǒng)限制，根據(jù)實(shí)際情況確定樁身平均波速。

2.2 淺部缺陷識(shí)別問(wèn)題

低應(yīng)變動(dòng)測(cè)在樁頂實(shí)施的激勵(lì)一般為手錘或力棒，敲擊樁頂時(shí)為點(diǎn)擊引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)形成波動(dòng)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(huì)存在測(cè)試“盲區(qū)”，如果“盲區(qū)”范圍內(nèi)存在缺陷，我們很難分辨出來(lái)，所以說(shuō)樁身淺部缺陷的識(shí)別是低應(yīng)變中另一難點(diǎn)問(wèn)題。

對(duì)于淺部缺陷的識(shí)別，最重要的是激振技術(shù)，采取不同頻率的激振力棒。提高激振脈沖波頻率可以提高分辨率，力棒可保證彈性波的垂直傳播，減少淺部折射損失，另外在敲擊時(shí)，敲擊位置盡量靠近檢波器，便于拾取入射波，提高靈敏度，采用不同頻率敲擊，可以有效地識(shí)別淺部缺陷。

如圖5當(dāng)用低頻力棒敲擊時(shí)的實(shí)測(cè)曲線，曲線呈現(xiàn)大低頻特征，說(shuō)明樁身淺部存在嚴(yán)重缺陷，但缺陷的大致位置難于分辨。而后改用高頻力棒敲擊，實(shí)測(cè)曲線如圖6，可以清楚地看到0.8m處附近出現(xiàn)多次反射，并伴有大低頻的背景反射，此樁已經(jīng)被開(kāi)挖證實(shí)。

2.3 縮頸、夾泥、蜂窩和孔洞等缺陷曲線識(shí)別問(wèn)題

縮頸、夾泥、蜂窩和孔洞等缺陷從理論上來(lái)講都引起波阻抗減小，在時(shí)程曲線上均表現(xiàn)為同相反射。由于低應(yīng)變動(dòng)測(cè)單條曲線的先天不足，單憑實(shí)測(cè)曲線是無(wú)法區(qū)別出來(lái)的，在實(shí)際解釋中只能歸結(jié)為縮頸類缺陷。在有些檢測(cè)結(jié)果中明確提出來(lái)夾泥、蜂窩和孔洞等缺陷是沒(méi)有可靠依據(jù)的。

2.4 低應(yīng)變的定量化問(wèn)題

低應(yīng)變動(dòng)測(cè)技術(shù)發(fā)展到今天，從儀器設(shè)備到后處理計(jì)算機(jī)軟件包都十分豐富，然而仍然停留在定性解釋階段，這不能不說(shuō)是一大遺憾。根據(jù)實(shí)際的要求進(jìn)一步發(fā)展低應(yīng)變定量化技術(shù)是當(dāng)前動(dòng)測(cè)界的普遍共識(shí)。

低應(yīng)變的定量化應(yīng)分為三個(gè)步驟：一是平均波速的定量化；二是樁長(zhǎng)及缺陷位置的定量化；三是缺陷大小的定量化。低應(yīng)變實(shí)測(cè)曲線實(shí)質(zhì)上就是激勵(lì)信號(hào)在樁身中的阻尼衰減過(guò)程，低應(yīng)變的定量化實(shí)質(zhì)上就是激勵(lì)信號(hào)的衰減補(bǔ)償問(wèn)題，如果我們能夠通過(guò)某種方法計(jì)算出樁身平均阻尼系數(shù)，那么就可以根據(jù)低應(yīng)變本身的性質(zhì)進(jìn)行定量化。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）低應(yīng)變動(dòng)測(cè)計(jì)算方法存在單條曲線多未知數(shù)的先天不足，在定量化的過(guò)程中單獨(dú)依靠低應(yīng)變方法本身是不可能實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)輔助其他檢測(cè)手段。

（2）低應(yīng)變動(dòng)測(cè)判定樁身完整性的時(shí)應(yīng)綜合勘察、施工等多種資料。

（3）低應(yīng)變動(dòng)測(cè)人員最好親自參與勘察、施工，深入熟悉有關(guān)地層情況，掌握施工中容易產(chǎn)生影響樁身質(zhì)量的施工因素，只有具備全面綜合只是才能在現(xiàn)有技術(shù)條件下提高檢測(cè)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] JGJ 106-2003 J256-2003.建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.