基樁低應變檢測方法及其工程運用

吳龍飛

（廣州越監(jiān)工程質(zhì)量安全檢測中心有限公司，廣東 廣州 511457）

工程施工進程中，基樁部分是重點，因此備受重視，為保證基樁施工質(zhì)量，有必要引入系列檢測方法，對比鉆芯法、靜載試驗、高應變法等方法來說，低應變檢測有著較大的應用優(yōu)勢，比如操作更簡單、對場地的要求更少等。在應用該種檢測方式時，需根據(jù)工程的實際特征，預設低應變檢測方案，合理布設檢測點，進行不同位置的多次測量，綜合多項數(shù)據(jù)，進行研究分析，判斷基樁屬于哪種類型，為后續(xù)施工提供可靠參考。

1 基樁低應變檢測原理

（1）當前階段應用較多的低應變檢測方法多是低應變反射波法，狹義上直接稱為低應變法，其在瞬態(tài)激振作用下形成瞬態(tài)沖擊，測出樁基礎速度、加速度對應的響應速度，該種檢測方法是基于線性桿件模型發(fā)揮作用，根據(jù)一維波動理論評價基樁完整性，故而要求瞬態(tài)激振波長、基樁橫向尺寸比值與檢測樁基細長應≥5。向基樁施加瞬態(tài)激振后，參考彈性波傳播規(guī)律要求，必須滿足一維波動方程：δ2/δt2-v2δ2u/δx2=0，v2=E/ρ，其中v指的是縱波波速，ρ指的是基樁材料密度，A指的是基樁截面積，E指的是基樁彈性模量。

（2）彈性波傳播進程中會相應自身阻抗Z變化，其中Z=ρvA，假設在傳播進程中基樁各項參數(shù)由A0、E0、ρ0、V0變化為A1、E1、ρ1、V1，則通過平面彈性波傳播理論，可求出對應反射系數(shù)R：R=（ρ1v1A1-ρ2v2A2）/（ρ1v1A1+ρ2v2A2），預測檢測結(jié)果，在波阻抗出現(xiàn)差異（基樁密實度變化、截面變化）界面處會出現(xiàn)波的透射、反射現(xiàn)象，分析其發(fā)展規(guī)律，判斷樁身特征，一般包括兩種形式：其一，通向反射，即Z1＜Z0，依靠上式，求出R＞0，此時入射波、反射波同相，基樁本身廣義阻抗相對較小，代表基樁可能出現(xiàn)了斷樁、麻面、蜂面、膠結(jié)差、膠結(jié)較差、夾泥、縮徑等一系列問題；第二，反向反射，即Z1＞Z0，依靠上式，求出R＜0，此時入射波、反射波反相，基樁本身廣義阻抗相對較大，代表基樁混凝土強度高、存在擴徑等現(xiàn)象。

（3）在計算基樁缺陷位置時，按照以下方法展開：x=△tx·c/2000，也可選擇x=c/2△f求解，其中x指的是基樁缺陷位置與傳感器之間距離大??；△t指的是速度波第一峰、缺陷反射波峰之間時間差；c指的是基礎樁身側(cè)得的波速；△f指的是幅頻信號曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差。在難以確定樁身波速時，按照以下公式計算：c均=，ci=2 000L/△T，ci=2L·△f，其中，c均指的是基樁波速均值，ic指的是檢測第i類基樁時測得的波速均值，且要求不超過5%；L指的是測點下樁長；△f指的是幅頻曲線上樁底相鄰諧振峰間的頻差；△T指的是速度波第一峰與樁底反射波峰間時間差；n指的是基樁數(shù)量。

2 基樁低應變檢測方法

低應變檢測主要用于評價基樁質(zhì)量，需要檢測人員詳細了解建筑結(jié)構、波動理論、土力學、地基基礎、信號處理、振動測試等方面的信息。按照以下方法展開檢測：

（1）初步工作。進行資料搜集、現(xiàn)場勘探，對基樁工程有初步了解；確定抽檢數(shù)據(jù)、選擇樁位、確定檢測時間；安裝傳感器，若是實心樁，在距離基樁中心2/3半徑位置安裝傳感器；若是空心樁，需要保持傳感器、激振點在一個水平面，在與樁中心連接時，構成的夾角宜為90°，在樁壁厚一半處安裝傳感器；結(jié)合樁徑大小與實際需求，在樁心對稱位置安裝3個左右傳感器的檢測點。

（2）激振點、錘擊振源確定。在進行現(xiàn)場測試時，準備多種類型的錘頭、錘墊，按照實際所需選??；在確定激振點位置時，若是實心樁，在樁中心位置設定激振點；若是空心樁，傳感器安裝處、激振點在同一水平面，保持與樁中心連線夾角不超過90°，在樁壁厚一半處布設激振點。還需滿足激振要求：樁面、激振方向保持垂直，激振點完好、平整，在激振時擯除其他影響因素，實現(xiàn)單擾動；確保激振點與鋼筋籠主筋距離達標；在激振時，進行現(xiàn)場敲擊試驗，選擇重量適宜的激振力錘、型號契合的錘墊，在通過寬脈沖得到樁身、樁底處缺陷反射信號信息，通過窄脈沖得到樁身上部所有的缺陷反射信號。

（3）儀器參數(shù)設置。主要涉及：要求時域信號記錄時間長度達到2 L/c時刻后，可適當延續(xù)5 ms或以上，確定幅頻信號分析頻率范圍上限≥2 000 Hz；設定樁長時，測定樁底至樁頂距離；在樁身截面積設定時，參考施工截面積；設定樁身波速時，可結(jié)合本地區(qū)、本次施工同種類型樁測出的測試值來加以設定；設定采樣頻率或者時間間隔時，需參考樁身、樁長以及頻率分辨率等因素選擇，原則上來說，要求時域信號采樣點數(shù)要求≥1 024點；結(jié)合計量檢定與后續(xù)校準結(jié)果來確定所選傳感器的設定值，確保其合理、有效性。

（4）信號質(zhì)量影響因素判定。進行信號采集、判斷，確定影響各階段信號具體質(zhì)量的相關因素，主要涉及：樁頭處理、激振能量大小、傳感器、耦合劑、應力波傳播衰減、樁周土層、樁底土層對檢測信號的影響等。

（5）結(jié)果分析。在錘頭錘擊基樁后，形成激振信號，收集應力波在樁身中傳播反射后反射到樁頂各個階段的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合波形圖中反射波、入射波的頻率、振幅、相位、波形與波的傳達時間等特征，綜合樁基施工記錄、相關地質(zhì)資料，判定樁身完整性。

3 基樁低應變檢測方法的工程運用

研究基樁低應變檢測方法的工程運用，可結(jié)合具體的案例，按照上述的方式來展開，并就傳感器收集的檢測結(jié)果進行分析，判斷基樁整體質(zhì)量。某生產(chǎn)大樓工程采用預制管樁。工程樁總數(shù)215根，檢測樁數(shù)43根，設計樁長26.0～40.0 m，單樁承載力特征值2 100 kN，設計樁底持力層為強風化花崗巖，低應變法檢測，目的是普查樁身結(jié)構完整性。

（1）設備選擇。檢測儀器采用RS-1616K(S)型基樁動測儀。檢測儀器采用及現(xiàn)場聯(lián)接見圖1。

圖1 基樁反射波法檢測儀器設備現(xiàn)場聯(lián)接示意圖

（2）成樁情況.根據(jù)設計圖紙及施工資料，該工程樁采用樁徑為Ф500的預制管樁，樁身混凝土強度等級為C80。

（3）結(jié)果分析。按照以上提出的低應變檢測法完成檢測流程，結(jié)果如表1所示。以此來得出樁基質(zhì)量結(jié)果，基樁中只有Ⅰ類樁、Ⅱ類樁，沒有Ⅲ類樁、Ⅳ類樁，代表樁體整體良好，其中I類樁是質(zhì)量最高的狀況，Ⅱ類樁只是會有輕微反射波，其他方面正常，Ⅲ類樁、Ⅳ類樁已經(jīng)有了比較明顯的質(zhì)量缺陷，不具備后續(xù)施工資質(zhì)，還需對其加以完善或者重建，如此才能避免對工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。圖2、圖3分別為G5-50號樁（Ⅱ類）、G5-55號樁（Ⅰ類）檢測結(jié)果示意圖。

表1 部分基樁低應變檢測結(jié)果表

圖2 樁號G5-50低應變樁基檢測結(jié)果示意圖

圖3 樁號G5-55低應變樁基檢測結(jié)果示意圖

3 結(jié)束語

（1）簡單概述了樁基礎低應變檢測原理、方法，借助瞬態(tài)激振進行瞬態(tài)沖擊，測得反射波信號，從曲線形態(tài)特征可以判斷阻抗變化位置而判斷缺陷的位置，為后續(xù)的工程案例實踐探究提供可靠參考。

（2）給出具體的低應變檢測流程，建議在結(jié)合相關施工資料、記錄，在對現(xiàn)場展開全面勘探的基礎上，引入反射波來檢測基樁質(zhì)量，再收集各階段的數(shù)據(jù)信息，判斷應力波在樁身中傳播后，反射到樁頂?shù)木唧w數(shù)據(jù)信息，評價樁身相對完整性。

（3）結(jié)合具體的生產(chǎn)大樓工程項目，展開實踐探究，分析低應變檢測的適用性、有效性，根據(jù)檢測結(jié)果得出結(jié)論，在部分樁號處基樁有著輕微缺陷，但就整體而言，基樁樁身處于比較完整、可用的狀態(tài)。