樁基檢測(cè)中低應(yīng)變反射波法的實(shí)踐應(yīng)用

胡勇明

（中山市菊城建筑材料檢測(cè)有限公司 廣東中山 528415）

引言

所謂的低應(yīng)變反射波法，通俗一點(diǎn)就是通過(guò)手錘或者是其他用具敲打樁頂，給樁頂施加一定的壓力，從而產(chǎn)生一種應(yīng)力波，而且這種應(yīng)力波是向下傳播的，如果樁身有缺陷，那么所反應(yīng)處來(lái)的應(yīng)力波就會(huì)有變化，通過(guò)對(duì)應(yīng)力波的分析，可以了解到樁基是否具有完整性，同時(shí)可以根據(jù)樁身變化引起的反射波來(lái)確定樁身的缺陷位置或者是長(zhǎng)度等。但是樁基礎(chǔ)工程主要是屬于地下工程，因此施工難度比較大，所以如果是用簡(jiǎn)單和肉眼直觀的方法是無(wú)法檢驗(yàn)出來(lái)樁基的缺陷的，因此很難保證樁基的質(zhì)量。在施工的過(guò)程中也很容易出現(xiàn)各種缺陷，所以為了保證樁基的可靠性，有必要對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行全面質(zhì)量檢查。

目前用于樁身質(zhì)量完整性檢測(cè)的方法中主要有低應(yīng)變反射波法、高應(yīng)變法、聲波透射法等等，其中使用最廣泛的是反射波法。

1 低應(yīng)變反射波法試驗(yàn)原理

用于反射波法檢測(cè)樁的示意圖如圖1所示，基本原理是：錘擊樁頭，產(chǎn)生的應(yīng)力波將沿樁身傳播。在傳播過(guò)程中，如果遇到波阻抗接口，將產(chǎn)生聲波的反射和傳輸。應(yīng)力波反射和傳輸能量的大小取決于兩個(gè)介質(zhì)波的阻抗。根據(jù)波浪理論，當(dāng)應(yīng)力波遇到斷裂、偏析、縮頸和泥漿時(shí)，由于波阻抗變小，反射波與入射波的初始相位同相；當(dāng)應(yīng)力波遇到頸部膨脹和底部膨脹時(shí)，波阻抗變大，反射波與入射波的初始相位相反。結(jié)合振幅、波速和反射波到達(dá)時(shí)間，可以對(duì)樁的完整性、缺陷程度和位置進(jìn)行綜合判斷。

樁缺陷的位置根據(jù)下式計(jì)算：

式中：x為樁身缺陷的位置到傳感器安裝點(diǎn)的距離m；Δtx為速度的第一個(gè)峰值與缺陷反射的峰值之間的時(shí)間差ms；c為被測(cè)樁的樁體波速m/s。

圖1 低應(yīng)變法檢測(cè)流程圖

2 低應(yīng)變反射波法試驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

2.1 樁身完整性判定

樁身完整性的類別應(yīng)該結(jié)合成樁工藝、施工具體情況、地基條件、設(shè)計(jì)樁型以及測(cè)試信號(hào)衰減特性、缺陷出現(xiàn)在樁的位置，可以把樁強(qiáng)度測(cè)定的程度分為四類，見表1。

需要注意的是，基樁相同的地方，相似的基本條件，樁型和樁的成型過(guò)程，當(dāng)樁端的樁端阻抗與軸承層的阻抗匹配時(shí)，測(cè)量信號(hào)沒有底部反射波時(shí)，樁身完整性類別可以根據(jù)在相同條件下場(chǎng)地底部反射波的其他樁的測(cè)量信號(hào)來(lái)判斷。

表1 樁體完整性結(jié)果評(píng)估表

2.2 樁身完整性評(píng)價(jià)

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014），樁的完整性可分為四類，見表2。

表2 樁身完整性分類

工程檢測(cè)中一般認(rèn)定，Ⅰ類樁為整體完好質(zhì)量?jī)?yōu)等的樁，Ⅱ類樁為質(zhì)量達(dá)到合格要求的樁，Ⅲ類樁為對(duì)缺陷進(jìn)行修補(bǔ)處理后能承受規(guī)定荷載可以使用的樁，Ⅳ類樁為不合格樁。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

某工程需要對(duì)該工程A區(qū)鉆孔灌注樁進(jìn)行低應(yīng)變反射波法檢測(cè)，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁，樁徑φ1200mm，樁長(zhǎng)38.0m，樁身采用C30混凝土。根據(jù)設(shè)計(jì)、有關(guān)規(guī)范及規(guī)程，檢測(cè)樁數(shù)10根。主要技術(shù)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)為《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）。

3.2 試驗(yàn)操作

（1）在準(zhǔn)備測(cè)試的時(shí)候，應(yīng)該把樁頭的鋼板給切割開，對(duì)于里面的樁頭浮漿以及破碎的地方要進(jìn)行認(rèn)真的清理，盡量不要留下殘留物質(zhì)，直到里面露出新鮮的混凝土界面，這樣才算完成清理工作，使樁頭保持密實(shí)，并且盡量的保持平整。

（2）對(duì)于那些直徑比較小的樁頭，盡量選擇一個(gè)安裝點(diǎn)和錘擊點(diǎn)，因?yàn)闃额^直徑比較小，如果沒有選擇安裝點(diǎn)和錘擊點(diǎn)的話會(huì)對(duì)以后的工作產(chǎn)生影響。在這期間，對(duì)于那些發(fā)現(xiàn)信號(hào)異?；蛘呤怯忻黠@缺陷的樁，應(yīng)該增加較多的安裝點(diǎn)和錘擊點(diǎn)，只有這樣才能夠取得比較可靠的信號(hào)，另外還可以消除掉其他干擾信號(hào)。傳感器應(yīng)該與樁頭相結(jié)合，并且保持牢靠，針對(duì)那些小直徑的水泥砂漿樁，應(yīng)該把傳感器安裝在樁頭的中間部位。

（3）就一般來(lái)說(shuō)，激振能量和脈寬的影響因素主要是激振工具的重量或者是其外形尺寸，除此之外錘頭的材料以及打擊力度也是其影響因素。例如激振工具作用的時(shí)間越短，那么力脈沖施加就會(huì)越窄，激振能量主要集中在高頻的范圍內(nèi)。鐵錘打擊力對(duì)激振能量和脈寬也有作用，例如用鐵錘敲打樁頂?shù)臅r(shí)候，樁頂會(huì)受到一定的脈沖力，而且這種脈沖力是比較窄而尖的，因此反應(yīng)出來(lái)的激發(fā)頻率也會(huì)很高，那么我們就可以根據(jù)這些頻率來(lái)了解短樁是否存在缺陷。錘頭的材料不同，影響也不同，例如尼龍錘或者是橡皮錘又或者是木錘等，這些材質(zhì)的錘敲打樁基所激發(fā)出來(lái)的脈沖會(huì)的寬而且低，所以激發(fā)的頻率也比較低，這樣就可以很容易的發(fā)現(xiàn)在樁頭深部隱藏的缺陷。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

（1）濾波技術(shù)的使用?，F(xiàn)階段在樁基檢測(cè)中對(duì)于數(shù)據(jù)處理使用最為廣泛的技術(shù)是濾波技術(shù)，在眾多濾波技術(shù)中，運(yùn)用最廣泛的是低通濾波。低通濾波在檢測(cè)不同的樁基時(shí)所使用的濾波值也有所不同。例如一些直徑較小、長(zhǎng)度較短的樁基應(yīng)該使用較高值的低通濾波。反之則使用較低的濾波值的低通濾波。

（2）在樁基的檢測(cè)過(guò)程中還經(jīng)常用到曲線放大技術(shù)，曲線放大技術(shù)中包含線性放大技術(shù)和指數(shù)放大技術(shù)兩種。線性放大技術(shù)可以很同意的發(fā)現(xiàn)那些細(xì)小的樁頭中的缺陷。而指數(shù)放大是可以使各反射面相對(duì)而言變得更加明顯，這兩種方法各有各的優(yōu)勢(shì)，在利用的過(guò)程中可以根據(jù)目的不同來(lái)進(jìn)行選擇。使用線性放大技術(shù)檢測(cè)樁基，主要是為了增大樁基檢測(cè)中反射不明顯的線性，從而更好的了解樁基的缺陷以及缺陷的程度，而應(yīng)用指數(shù)放大技術(shù)主要是為了分析效果不明顯的界面反射，從而通過(guò)了解界面反射程度來(lái)了解樁基中存在的缺陷。

（3）需要加大對(duì)樁基缺陷處信號(hào)重復(fù)反射問(wèn)題的重視，之所以會(huì)出現(xiàn)重復(fù)反射信號(hào)主要是因?yàn)槿绻毕荽嬖诘牟课皇窃谝话氲臉堕L(zhǎng)部分里，那么就很容易會(huì)出現(xiàn)二次反射疊加曲線，從而會(huì)讓人們對(duì)樁基測(cè)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生誤差。那么如何判斷是不是重復(fù)反射呢，因?yàn)闃痘毕萏幹貜?fù)反射的信號(hào)一般都是等時(shí)距的所以一旦發(fā)現(xiàn)有反射界面存在等時(shí)距的時(shí)候，那么就很有可能是重復(fù)反射信號(hào)。

3.4 檢測(cè)結(jié)論

圖1 樁身完整的波形

圖2 樁身有輕微缺陷的波形

采用低應(yīng)變反射波法對(duì)該工程A區(qū)鉆孔灌注樁總計(jì)10根樁進(jìn)行完整性檢測(cè)，所檢測(cè)10根基樁中Ⅰ類完整樁有9根，Ⅱ類基本完整樁有1根，滿足工程所需要的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

樁基工程是工程建設(shè)中不可缺少的一項(xiàng)工程，是保證整個(gè)工程結(jié)構(gòu)可靠性的基石，則檢測(cè)樁基完整性尤為重要，低應(yīng)變反射波法檢測(cè)基樁完整性具有簡(jiǎn)單快捷的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用到工程建設(shè)檢測(cè)領(lǐng)域。但是造成樁基缺陷的原因有很多，在某些情況下，用于測(cè)試樁質(zhì)量的低應(yīng)變反射波方法需要測(cè)試人員的豐富經(jīng)驗(yàn)，以提高測(cè)試精度，減少誤報(bào)，并提高項(xiàng)目質(zhì)量測(cè)試結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。