应用低应变反射波法动力检测桩的完整性

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　　摘要：低应变动力检测技术是20世纪80年代由美、日、加等国运用地球物理勘探的纵波浅层反射法配合高分辨率的野外数据采集系统和数据计算机处理技术，以电子检测技术和结构动力学分析为基础的一种新兴的检测方法。低应变反射波法是检测桩身完整性应用最广的一种方法。本文着重介绍以低应变反射波法现场检测桩基础的完整性。
　　关键词：桩基础；完整性；低应变；反射波法;检测
　　桩基础是一种地下成桩的工艺,难免会出现诸如断裂、缩扩径、混凝土离析等缺陷。这些缺陷不同程度地影响了桩基的质量,从而使桩基达不到设计要求。所以,检测桩基就成为人们日益关注的问题。而低应变反射波法是检测桩身完整性应用最广的一种方法。
　　一．基本原理
　　基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩和严重
　　离析等部位)或桩身截面面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波。经接受放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可根据视波速和桩底反射波到达时间对桩的实际长度加以核对。
　　二．反射波法的局限性
　　反射波法在实际应用中虽然有诸多优越性，但也有不足的地方，如：①仅测出广义波阻抗的相对变化，可以区分缩颈类与扩颈类，也可以计算缺陷位置，但却不能确定缺陷性质、缺陷方位。②缺陷程度的定量分析很难达到理想效果，目前定量分析仍仅仅停留在指导阶段，缺陷程度也只能定性给出。③波速与振源频率和混凝土强度间的关系无法准确给出，尚无理想的波速计算公式，而依据施工桩长计算波速的办法存在很多具体问题，因此缺陷位置的判断仍只能保证10%的误差。④将加速度计长径比超过一定限度的桩、极浅部或太小的缺陷，应力波反射法无法正确测量。现有的测试理论和技术都难以解决这些问题。高频信号传不下去，测试范围有限；低频信号分辨率不够，容易形成绕射，漏判缺陷等等。⑤桩身存在多个缺陷时，深部缺陷容易误判。
　　三．正确采集反射信号
　　对检测结果进行评判的主要依据是应力波沿桩身传递过程中的反射信号。如何采集到正确合理的响应信号依赖于正确的试验技术及采取相应的试验手段，有以下几方面内容：
　　（1）信号激振是检测工作的重要环节之一，对激振的要求有三点：①产生一定能量的应力波沿桩身传递；②激振信号的脉冲宽度需要人为加以控制。不同宽度的激振脉冲，对桩身不同部位（浅部、深部）的反射波信号的拾取有明显的影响。对于桩浅部反射波要求脉宽较窄，桩深部要求脉冲较宽。锤击力的脉冲宽度取决于锤的几何尺寸、重量及锤头材料。试验中应根据不同的要求加以选择；③激振应避免产生杂波信号，其锤击效果较大程度取决于试验人员的经验。为获得窄脉冲激振，可采用小铁锤激振方式。
　　（2）信号采样频率选择应满足采样定理。
　　（3）滤波技术的合理应用能明显地改善试验效果。试验中桩头传感器所接收到的信号不仅有纵波反射波，同时也接收到了直达波及其它随即杂波等信号，使反射波信号受到干扰。用电子陷波器原理研制出的一种测桩专用陷波器，能有效地陷除直达波及与反射波信号无关的频率成分，使反射波信号清楚﹑直观，桩底反射波信号增强。
　　（4）当桩浅部存在较严重的缺陷时，其缺陷以下的桩身情况较难测出，采用陷波手段使频率分解的方法，可明显增强桩浅部以下的反射波强度。
　　（5）传感器的选用及安装直接影响波形效果。选用时主要应考虑频率响应及灵敏度是否满足要求。桩浅部缺陷侧重考虑频率响应，一般应达10KHZ。桩深部反射波提取，主要应考虑灵敏度指标，速度计应优于300mv/s，加速度计应优于100mv/g。对于较长桩的桩底反射波的提取，应选用灵敏度加速度计。
　　四．反射波法低应变动测注意的问题
　　为了准确地分析和对桩身质量的评价，测试与处理完成后有必要做到以下几点：①结合地质资料、施工记录进行分析。施工工艺及外因控制等对基桩的完整性以及缺陷类型影响很大。预制桩、人工挖孔桩不可能缩颈，许多质量事故都发生在流水处或地层变化处，急剧变化的地层本身也会产生回波等等。查看地质资料对确定缺陷部位、排除地层影响很有必要。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，不能全面衡量整个工程情况，有时非常危险。同一工地的地质和施工状态大多相似，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。
　　五．工程实例分析
　　以某工程采用素混凝土灌注桩为例，介绍低应变反射波法在灌注桩的桩身的完整性检测中的应用。
　　5．1工程地质情况①杂表土：层厚0.70～1.80m，平均0.85m，灰黄色，含煤矸石、植物根，较松散，场区普遍分布。②粉质粘土：层厚5.50～8.20m，平均5.80m，黄色，含铁锰氧化物、5米附近含较多砂姜、灰色粘土、夹薄层粉土，可塑～硬塑，场区普遍分布。③粉土：层厚0.30～1.30m，平均0.79m，黄色，含灰色粘土，饱和，中密，场区普遍分布。④粘土：层厚0.50～3.40m，平均2.15m，黄褐色，含铁锰氧化物、灰色粘土，硬塑，场区普遍分布。⑤粉土：层厚1.30～5.50m，平均2.95m，灰黄色，饱和，中密，夹薄层粘性土，场区普遍分布。⑥粉质粘土：层厚0.50～11.20m，平均6.22m，灰色～灰黄色，含铁锰氧化物、夹薄层粉土，可塑，场区普遍分布。⑦粉砂：层厚6.30～14.20m，平均7.90m，黄灰色，饱和，密实，场区普遍分布。⑧粘土：该层未穿透，最大揭露厚度7.79米，灰绿色、棕黄色，含灰色粘土，土质坚硬，硬塑，场区普遍分布。
　　5.2桩基完整性检测结果其中1M3、1E0、1S0桩基测试波形
　　见图2~3，检测的时使用的是普通尼龙锤头。[!--empirenews.page--]

　　我们从实际测试的信号中清晰的看到无桩底反射，桩头下3.7m处桩身明显缺陷，为III类桩。该桩的一些具体情况见表1。
　　表11M3桩基测试参数表

　　我们从实际测试的信号中清晰的看到，有桩底反射，桩身浅部2.3m处桩身轻微缺陷。该桩的一些具体情况见表2。
　　表21E0桩基测试参数

　　我们从实际测试的信号中清晰的看到无桩底反射，桩头下3.8m处桩身明显缺陷，为III类桩。该桩的一些具体情况见3。
　　表31S0桩基测试参数表
　
　　实例分析：经过分析得知这三根素混凝土灌注桩一个为Ⅱ类桩，虽然浅部存在不同程度的轻微缺陷，但是能满足设计要求，不会影响结构承载力；其它两根，缺陷较为明显，波速偏低，为III类桩，需要经过其它方法（如：取芯或静载试验或高应变）进一步验证承载力是否满足设计要求，否则需要经过工程处理后使用。总之，我们通过分析上面不同类型，不同施工工艺的桩基，可以看到采用低应变反射波法检测桩身完整性的时候，我们切身体会到了其方便、快捷的优点，但是其存在的不足和缺陷是绝对不容忽视的。
　　六．结束语
　　应用基桩低应变动力检测法检测桩基础的成桩质量简便、快捷可以在较短的时间内完成大量而且复杂的工作。但是利用反射波法检测基桩完整性时，其正确结论的得出取决于各方面因素的共同作用，因而对于桩基这类隐蔽性工程的检测，尚有许多问题应得到检测人员的重视。在实际的工程测试工作中，应针对测试方法的特点，结合工程实际，综合参考设计、监理及施工资料对所检桩进行认真仔细的分析，以及时发现缺陷，分析缺陷产生的原因，并提出适宜的解决方案，对施工进行指导以避免在后续施工工作中产生类似缺陷，保证工程。
　　参考文献
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　　[4]王雪峰,吴世明,基桩动测技术.北京:科学出版社.2001.
　　[5]RSM中科智,基桩动测实用技术指南.2007.