反射波法在公路橋梁基樁檢測中的應(yīng)用探討

何濤

摘? 要：文章從反射波法的原理出發(fā)，闡述了現(xiàn)場檢測方法和波形分析中應(yīng)注意的問題，總結(jié)了反射波的適用條件和局限性，總結(jié)了工程應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，可為今后高波檢測提供參考。

關(guān)鍵詞：反射波法;公路橋梁;基樁檢測

中圖分類號：TU473.16 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）08-0177-02

Abstract： Based on the principle of reflected wave method， this paper expounds the problems that should be paid attention to in field detection method and waveform analysis， summarizes the applicable conditions and limitations of reflected wave， and summarizes the key problems in engineering application， which can provide a reference for high wave detection in the future.

Keywords： reflected wave method; highway bridge; foundation pile detection

引言

近年來綜合國力的提高，經(jīng)濟的發(fā)展帶動了公路網(wǎng)的建設(shè)，面對大規(guī)模建設(shè)，工程質(zhì)量尤為重要。橋梁工程是公路工程的重要子項目，樁基礎(chǔ)是橋梁的主要組成部分。它承受著巨大的橋墩荷載和未來的交通動荷載。其施工質(zhì)量和承載力對道路交通運行有重要影響。橋梁樁基的質(zhì)量檢測不僅關(guān)系到橋梁的運行性能，而且關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。為了保證工程質(zhì)量，有必要對樁基進行檢測，反射波法既方便、經(jīng)濟，又不破壞樁身結(jié)構(gòu)。

1 反射波法的基本原理

反射波法的工作原理是在公路橋梁樁身頂部垂直振動，根據(jù)波動理論為理論基礎(chǔ)，彈性波沿著樁身一直向下傳播，假設(shè)樁身是一個彈性直桿，樁身內(nèi)阻抗界面有著明顯差異。如斷樁、樁底泥沙、偏樁、嚴重離析等）或斷面變化（如縮徑等）。發(fā)生波反射，設(shè)備接收、放大、過濾和處理數(shù)據(jù)，以識別不同區(qū)域的樁反射信息。利用樁身傳播時的縱波速度、時程、樁長和反射波的振幅和波形特征計算樁身的波速。根據(jù)反射波和視波速到達樁底的時間，可以檢測到樁的實際長度，以確定樁身的完整性。

2 檢測方法

測量點有三種常見的布置方法：（1）墩（帽）頂激振及筒體槽形布置傳感器如圖1所示。（2）樁頂槽受斜激勵，樁身槽布置傳感器，如圖2所示。（3）樁頂激振及樁頂布置傳感器，見圖3。

3 反射波法樁身波形分析

（1）樁身完整，波形清晰，反射波形態(tài)規(guī)則，樁底反射波明顯[3]，樁身混凝土平均波速高，易于讀取反射波到達時間。對于摩擦樁，反射波以及入射波處于同一相位。對于嵌巖樁來說，反射波以及入射波是相反的。

（2）泥漿、空洞、離析等不規(guī)則曲線，波速低，反射振幅和頻率減小，離析處反射信號與同一方向反射信號同向出現(xiàn);擴（縮）徑樁曲線不規(guī)則，樁間有反射，將同時做第二個反省。一般可以看到樁底的反射波。當直徑增大時，第一反射波與入射波同相，第二反射波與入射波同相。斷裂樁的曲線表明，由于樁底反射的振幅和頻率依次減小，通?？床坏綐兜椎姆瓷洹Ｇ€樁底含沙反射波和入射波同相，振幅與含沙量呈正相關(guān)。

4 反射波法的局限性

反射法本身的局限性在許多情況下是影響結(jié)論準確性的重要因素，在以下幾個方面存在著不可克服的障礙：

（1）只有通過測量廣義波阻抗的相對變化才能區(qū)分頸縮和頸縮的類型，并能計算出缺陷的位置，但無法確定缺陷的性質(zhì)和方向;缺陷程度的定量分析難以達到預(yù)期的效果。目前，定量分析還處于指導(dǎo)階段，只能定性地給出缺陷的程度。波速、源頻率與混凝土強度之間的關(guān)系不能準確給出，也沒有理想的波速計算公式。然而，基于樁長的波速計算中存在許多具體問題，因此缺陷位置的判斷只能保證10%的誤差。

（2）應(yīng)力波反射法在加速度計長徑比超過一定限值

時，不能準確測量樁身缺陷、極淺部位或過小部位。現(xiàn)有的測試理論和技術(shù)很難解決這些問題。測試范圍有限，高頻信號不能傳輸，低頻信號分辨率不夠，泄漏等缺陷，容易形成衍射。當樁身缺陷較多時，非常容易誤判樁身的深層缺陷。

5 低應(yīng)變反射波法測量中的幾個問題

（1）根據(jù)反射波法的特點，是檢測樁身工藝質(zhì)量的有效方法。這為樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測的分類和評價提供了依據(jù)，但也存在一定的局限性。例如，當樁身混凝土較軟時，應(yīng)力波不會從樁底傳到樁身。無法獲取樁底反射信號，否則很容易造成誤判，很難觀察到背光反射信號。

（2）反射波法測得的樁頭波形曲線不僅反映了樁側(cè)阻力的變化，這不僅為樁的質(zhì)量分析和判斷提供了依據(jù)，也為樁的承載力提供了參考信息，而且反映了樁周土質(zhì)的變化。因此，在評價樁基質(zhì)量時，應(yīng)根據(jù)實測波形曲線判斷樁基結(jié)構(gòu)的完整性，通過實測波形曲線進行分析。并結(jié)合地質(zhì)條件和施工記錄，分析了缺陷對承載力的影響。當實測波形曲線復(fù)雜時，可采取進一步巖心取樣、開挖檢測、靜載試驗、超聲波檢測等措施，檢查樁的承載力是否滿足設(shè)計要求。

如圖4曲線，引起土壤質(zhì)量突變。

樁土系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。特別是各種動態(tài)試驗的精度不高，試驗理論和實踐經(jīng)驗水平不一。不僅要掌握現(xiàn)場工作，還要掌握曲線的采集，這些曲線符合良好的時域波形數(shù)據(jù)處理程序的相關(guān)規(guī)范，并對具有豐富工程實踐經(jīng)驗的技術(shù)人員進行綜合分析。

（1）為準確分析和評價樁身質(zhì)量，經(jīng)檢測和處理后，需要做以下工作：結(jié)合地質(zhì)資料和施工記錄進行分析。施工技術(shù)和外部控制對基樁的完整性和缺陷類型有很大影響。例如，預(yù)制樁和人工挖孔樁不能縮頸。許多質(zhì)量事故發(fā)生時，水流和地層發(fā)生變化，地層本身的快速變化會產(chǎn)生回聲等。檢查地質(zhì)資料，確定缺陷位置，消除地層影響。

（2）定量分析有助于確定許多缺陷的程度。雖然定量分析中存在許多缺陷，但對應(yīng)力波在樁中傳播的具體過程進行了分析和確定。只要合理選擇樁土參數(shù)，對樁的質(zhì)量分析和確定具有重要意義。為了對同一工程中的所有試樁進行綜合分析，只有一個單樁分析不能對整體情況進行綜合評價，有時是非常危險的。同一施工場地的地質(zhì)條件和建筑條件基本相同，查明了測得的邊樁之間的共性。對每根樁進行分析是一種有效的方法。有資質(zhì)的單位可以嚴格按照標準監(jiān)督各工程的施工，核對不同的分析數(shù)據(jù)，提高分析的準確性。

6 結(jié)論

理論和工程實踐證明，低應(yīng)變反射波法是檢測工程樁基礎(chǔ)完整性的有效方法。然而，這種方法仍然存在一些問題。例如，樁基缺陷的確定很大程度上受地質(zhì)條件的影響，樁周土阻抗的變化給試驗評估帶來困難。因此，為了更準確地確定試驗結(jié)果，試驗前應(yīng)詳細檢查工程地質(zhì)、施工記錄等基礎(chǔ)資料。正是由于這一問題的存在，本文建議采用低應(yīng)變法進行普查，應(yīng)采用高應(yīng)變或靜荷載來測試樁的承載力，從而更準確地測試工程樁基礎(chǔ)，保證國家工程質(zhì)量建設(shè)。

反射波法在樁基質(zhì)量檢測技術(shù)的發(fā)展階段還處于起步階段，在使用范圍和影響因素等方面仍存在一些問題有待進一步研究。只有通過廣大科技人員的不斷努力，通過理論與實踐的更多結(jié)合，檢測技術(shù)才能達到新的水平。

參考文獻：

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