低应变反射波法技术浅析

来源：职称驿站所属分类：物理论文
发布时间：2012-11-16浏览：37次

　　摘要：低应变反射波法是运用应力波理论，进行基桩检测完整性的一种常用方法。本文分析了低应变反射波法的原理，并对低应变基桩检测中存在的值得注意的事项等作了简单阐述。

　　关键词：反射波法,基桩,检测

　　1 低应变反射波法的原理和技术特点

　　1.1 基本原理

　　低应变反射波法是假定桩为连续均质弹性杆，研究桩顶在动力作用下，弹性杆的纵向波动，以一纵波动理论为基础的桩土体系动态响应。

　　用力锤或力棒敲击桩顶，产生的应力波沿桩身以波速V向下传播，应力波通过阻抗Z(Z为密度ρ、波幅A、波速V的乘积)变化界面时，如颈缩、夹泥、混凝土离析等，一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产生透射向下传播至桩底，在桩底又产生反射向上传播。

　　由安装在桩顶的加速度计或速度传感器，接收反射波信号，并由测桩仪进行信号放大，数值滤波等处理后，得到加速度或速度时域曲线，由曲线特征分析桩身完整性。

　　1.2 技术方法特点

　　该方法最大的特点是快捷方便、效率高，基本不制约工期，检测费用相对较低，并能够实时做出判断。作为一种快速、有效的检测手段，多年来始终高效应用于基桩质量检测中。

　　2 低应变反射波法进行基桩检测的质量控制

　　2.1 桩头的处理

　　在现场信号采集工作中, 桩头的处理是测试成功的第一关键, 但在大多情况下, 很多测试人员忽略了这一点。由于施工的原因, 往往桩头部分有素混凝(浮浆),有些测试人员忽略了对桩头的处理,直接就在素混凝土(浮浆)上进行测试, 结果无论怎么改变传感器以及传感器的安装, 无论怎么改变振源，测试信号都不理想, 往往在测试信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲。因此，桩头应为达到设计标高的有效桩头，必须凿去表面浮浆，处理到有新鲜含骨料的混凝土为止，且桩头不能破碎，含水，不能有杂物，要尽量保证桩头干净，平整。桩头出露的钢筋笼应以不影响高击为准，并且高度应适中，否则当小锤敲击桩头时产生的激荡应力波易于在钢筋上产生振荡反射叠加于入射波中，从而影响浅部缺陷波形的识别。

　　2.2 传感器的安装

　　传感器是反射波检测中仪器最基本的重要测试部件，直接与被测桩相连接，将机械振动参量换成电信号。它的性能参数的好坏，直接影响到转换电信号的数据是否真实地反映桩本身的反射信息上。

　　对实心桩的测试,传感器安装位置宜为距桩心2/3-3/4半径处：对空心桩的测试,锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连线形成90℃夹角, 传感器安装位置宜为桩壁厚的½处。(如图1示)

　　图1 传感器安装位置示意图

　　●激振锤击点〇传感器安装点

　　传感器的安装必须通过藕合剂垂直与桩面粘接。下面介绍几种较常用的藕合剂：(1)粘性好的黄油或凡士林：经济实用,但黄油较赃,凡士林较干净：(2)􀀁粘性好弹性差的橡皮泥：(3)牙膏：干净方便;(4)口香糖：用口加工后使用。传感器是否安装好, 可用手指轻弹传感器侧面, 若传感器纹丝不动则说明已经安装好。

　　有的测试人员怕麻烦而不采用耦合剂，导致测试信号振荡明显，影响数据分析，往往产生误判，是值得注意的。

　　2.3 激振锤与锤击点的选择

　　激振的目的是在桩头产生一个扰动，从而生成一个沿桩身传播的弹性应力波，而不同频率的应力波沿桩身传播时，具有不同的衰减特性。定性来说，高频分量对细小界面反应灵敏，但衰减较快;低频分量在小界面处易产生绕射，但衰减较慢，传播深度相对较大。因此，实际应用中常通过现场高击试验，如改变手锤重量或力棒的形状、材料硬度以及在桩头加不同材料的桩垫来达到产生不同频率成分的应力波的目的，以适应对桩浅部和深部缺陷的判断的需要。此外，桩顶锤击点产生的应力波实际上为球面波，并且激振后还引起沿桩顶水平方向传播的横波，表面波以及由于桩顶局部破碎造成干扰性杂波成分，而这些成分往往幅度较强。以上干扰因素可通过带通滤波、改善传感器耦合、降低传感器横向灵敏度、选择适当阻尼系数的传感器，以及桩顶处理、调整激发方式来改善。

　　反射波法测桩时，不能一成不变地使用一种锤头，应准备几种锤头，依据不同检测目的选用。对于长大桩测试一般应选择能量大、脉冲宽、频率低的激振方式，如力棒、尼龙锤等，适用于桩底及深部缺陷的检测。反之，用能量小，脉冲窄、频率高的激振方式来判定桩身浅部的缺陷和位置。即用低频脉冲波获取桩低反射，再用高频脉冲波检测桩身上部缺陷。

　　另外，敲击质量的高低将直接影响到测试结果的优劣，要由经验丰富的熟练工人来操作。敲击时锤要落到实处，干脆利索，锤击方向与桩顶平面垂直，避免二次冲击，达到产生瞬间激发点源。

　　2.4 桩周土层的影响

　　在对基桩进行低应变反射波法测试时, 要充分考虑到桩周土层对所采集波形曲线的影响。当桩周土从软土层变化到硬土层时, 采集的波形曲线会在相应位

　　置处产生类似扩径的反射波,而当桩周土从硬土层变化到软土层时采集的波形曲线会在相应位置处产生类似缩径的反射波。如果不考虑桩周土对采集波形曲线的影响, 不了解桩侧的地质情况,容易对基桩产生误判。

　　2.5 检测前做好相应准备工作

　　现场检测时应提前做好相关的准备工作。低应变检测要求桩顶至设计标高为新鲜混凝土，无浮浆、裂纹和松动混凝土块等。激振点和安装传感器的测试点应打磨平整，尽量排除干扰因素。

　　在进行桩基检测时应该注意辅助资抖的收集，结合辅助资料来分析桩身的缺陷类型。这些辅助资料包土工程地质勘察报告、灌注桩的成孔工艺、成桩机具和工艺以及桩基施工记录等。

　　3 低应变反射波法判断桩身缺陷的局限性和改进意见

　　3.1 由于低应变反射波法是建立在理想化了的一维杆波动理论上的，在现实的检测中对桩身缺陷的判断就有局限性：

　　(1)受弹性波传播特性和激发能量的制约，对于长桩(通常认为是大于50.0 m)的桩底判别比较困难。

　　(2)渐变缩径或离析且范围较大时，波形缺陷反应不明显。

　　(3)预制桩的裂隙或接头反射判断的尺度不好掌握。

　　(4)难以判断桩底沉渣具体厚度。

　　(5)在缺乏详实的地质资料以及施工记录不真实的情况下，不宜给出桩的缺陷性质(缩径、夹泥、离析)以及桩身夹少量异物的判断。

　　(6)不能检测平行于桩轴线的垂直裂隙。

　　(7)若浅部存在较严重缺陷时，很难再发现其下部的第二个缺陷。

　　3.2 改进意见

　　(1)结合地质资料、施工日志认真分析，基桩完整性、桩型、施工工艺对基桩的质量影响很大，如人工挖孔桩、预制桩，除缩径外，较多的缺陷或质量事故是发生在流水处或地层变化处，地层变化对波形会产生影响等等;而机械成桩，往往出现的质量事故较多，主要存在缩径、扩径、夹泥、断桩等缺陷。

　　(2)利用定量分析帮助多缺陷和缺陷程度的确定。虽然定量分析本身尚有许多欠缺，但由于它分析了应力波在桩身传播的详细过程，只要桩土参数选取合理，对桩体质量的分析和判定起到很重要作用。

　　(3)综合分析同一工程的所有被测桩。单独分析一根桩，不能全面衡整个工程情况，有时非常危险。同一工地的地质和施工形态大多相似，寻找各被测桩之间的共性，再分析每一根桩是提高分析效果的有效手段.有条件的单位甚至可以在每个工程施工时监督打下一按严格要求施工的标准桩，用于校核各种分析用数据，提高分析准确性。

　　4 结语

　　低应变反射波法在检测前和检测时无需对桩做复杂的处理，只需将桩头处理平整即可检测;它以经济、快速、适于普查而深受建设方、施工方欢迎。但是低应变反射波法是一门实用性很强的技术，平时除了要多积累经验外，在实际施工中，还要充分了解成桩工艺施工队伍的素质和地质条件，综合考虑其它多种因素。这样才能有利于检测市场的进一步完善与规范，同时也有利于测技术的良性发展。

　　参考文献

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　　[2]桩基工程技术[M].中国建材工业出版社，1996.

　　[3]陈凡,徐天平,陈久照,关立军.基桩质量检测技术[M]. 中国建筑工业出版社, 2003-11-01第1版

　　[4] JGJ106 - 2003 ( J256 - 2003) ,中华人民共和国行业标准 ,建筑基桩检测技术规范 [ S ]

《低应变反射波法技术浅析》

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