淺析樁基檢測技術在工程中應用

◎ 廣西沿海建筑工程檢測有限公司 張 宇

廣西建業勘察設計有限公司 李華平

1 樁基樁身完整性檢測方法綜述

1.1 鉆孔取芯法

這種方法不宜用于截面面積較小的混凝土樁。對有些情況下的斷樁或斷面缺損等缺陷也不容易檢查出來，而且對樁有損傷，但這種方法可以確定混凝土的實際強度。

1.2 埋管式聲波透射法

這種方法是通過發射探頭將電能轉換為機械能，發出超聲波(頻率在20KHz以上)穿透混凝土樁，然后經接收探頭拾取并轉換為電信號。用這種方法檢驗樁身質量時，混凝土愈密實，v值愈大。相反，脈沖路徑中如有孔洞或裂縫，聲波就會減小，由此可檢驗樁身質量。

1.3 高應變應力反射波法

根據作用在樁頂上動荷載能量是否使樁土之間發生一定的塑性位移或彈性位移，而把動力測樁分為高、低應變兩種。高應變反射波法所需的激振能量大，費用高，常用于承載力檢測，而很少用于完整性檢測。

1.4 應力反射波法

低應變反射波法的原理是當應力波沿樁身向下傳播時，遇到樁身阻抗變化，應力波會在該截面發生反射。從而安放在樁頂的傳感器采集到的反射波。根據反射波的位置確定樁身缺陷的位置與高應變相比，低應變法作用在樁頂上的動荷載較小，只能使樁土產生彈性變形，一般情況下只產生10-5mm量級的動應變，它是通過應力波在樁身中的傳播和反射原理，對樁身結構完整性進行評價。

2 應力波反射法測樁技術的應用

2.1 基本假定

樁受擊振動是在彈性限度內，基樁在振動時，樁內各質點的位移、應力和應變關系都服從彈性虎可定律。對于動力測樁來說，激振力很小，而且是可以控制的。因此，樁的振動完全滿足這一基本假定；材料是均勻或分段均勻且各向同性的。作為混凝土材料的樁，在拉伸與壓縮特性方面存在明顯的差異，而且也是不均勻的，但是在微米級彈性振動的范圍內，仍然可以近似滿足這一假設要求；縱向振動時其截面保持為平面，而且每個截面上的應力是分布均勻的，且為軸向應力，所有其它應力分量均為零；縱波的波長比樁體的截面尺寸大得多，從而不考慮橫向位移對縱向振動的影響。

2.2 應力波在樁基中的傳播

當縱波在無限長直桿內傳播時，它將沿某一方向前進，把能量輸送到無限遠處。若桿長有限，當波和桿端相遇時，根據邊界條件，縱波將在端部邊界產生反射或透射。應力波反射法測樁中典型的端面邊界是固定端邊界和自由端邊界，通過對波動方程的求解，可以分析邊界的波場問題。

對于摩擦樁，應力波傳到樁底遇到比基樁材料軟的土質界面時將產生與入射波同相位的反射，即反射回來的波與入射波同相位形成駐波。入射波與反射波同相位，因此在反射點處有明顯波幅增加為全反射。對于端承樁，樁中的應力波傳到樁底遇到比自身材料硬的巖層界面時將產生與入射波反相位的反射，即反射回來的波與入射波以二為相位差進行疊加形成駐波，因此為半波損失反射。

2.3 現場檢測技術運用

（1）樁頭的處理

在現場信號采集工作中，樁頭的處理是測試成功的第一步。對于鉆孔或沉管灌注樁，樁頭部分有素混凝土(浮漿)，如果忽略了對樁頭的處理，直接就在素混凝上(浮漿)上進行測試，無論怎么改變傳感器以及傳感器的安裝，無論怎么改變振源，結果測試信號都不理想，往往在測試信號的淺層部位存在較嚴重的反向脈沖。一般情況下，樁頭的處理以露出新鮮含骨料的混凝土面為止，而且要盡量平整、干凈。在測試前要求委托方按測試方案預先進行樁頭處理，這樣有利于傳感器的安裝和力棒的錘擊，從而采集到理想的測試信號。樁頭作為傳感器安裝的界面，是作為判斷樁身阻抗變化的基準，在時域曲線中反映了樁身阻抗相對樁頭的變化。

（2）傳感器的安裝

對實心樁的測試，傳感器安裝位置宜為距樁心2/3半徑處，對空心樁的測試，錘擊點與傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成90°夾角，傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。

采用觸針式安裝速度計是絕對禁止的，采用具有一定粘結強度的薄層粘貼方式安裝加速度計，基本能獲得較好的幅頻曲線。通常，現場測試時的速度計安裝普遍方式，因其質量和與被測體接觸面過大，往往不可能獲得較高的安裝諧振頻率。有實驗說明粘結層厚度增加時安裝諧振頻率降低，所以采用薄層粘結的方法安裝傳感器時，粘結層愈薄愈好。

（3）擊振點及擊振方式

激振信號的適當與否對現場信號的采集同樣影響較大，對實心樁的測試，擊振點位置應選擇在樁的中心；對空心樁的測試，錘擊點與傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成90°夾角，擊振點位置宜在樁壁厚的1/2處。

選擇多個傳感器的安裝面和多個擊振點是非常必要的，淺部缺陷反射的應力波大小與敲擊點和安裝點關系密切，當發現淺部有缺陷時，應盡量在各個方位測試一下，多點選擇有利于排除鄰近安裝與敲擊點的局部微小缺陷和其他因素引起的干擾。另外，對于灌注樁頭不平的情況，激振點應不低于傳感器安裝點，以免產生橫向振動。

振源主頻和振幅是衡量激振效果的兩個主要指標，對長大樁測試一般應當用力棒或大鐵球或擊振，其重量大、能量大、脈沖寬、頻率低、衰減小，適宜于樁底及深部缺陷的檢測，樁底及深部缺陷的信號反射較強烈。但由此很容易帶來淺層缺陷和微小缺陷的誤判和漏判。當根據信號發現淺層部位異常時，建議用小釘錘或鋼筋進行擊振，因其重量小、能量小、脈沖窄、頻率高，可較準確的確定淺層缺陷的程度和位置。

2.4 數據分析

在對基樁進行低應變反射波法測試時，要充分考慮到樁周土層對所采集波形曲線的影響。檢測人員往往只注意到樁身波阻抗變化造成的信號反射，而忽略了應力波在樁身中傳播時，不僅受到樁身材料、剛度及缺陷的影響，還受到樁周土層的土模量大小的影響。當樁周土從軟土層變化到硬土層時，采集的波形曲線會在相應位置處產生類似擴徑的反射波，而當樁周土從硬土層變化到軟土層時，采集的波形曲線會在相應位置處產生類似縮徑的反射波，尤其是中小預制樁，土阻抗影響比較明顯。

在現場信號采集過程中，樁底反射信號不明顯的情況經常發生，這時指數放大是非常有用的一種功能，它可以確保在樁頭信號不削波的情況下，使樁底部信號得以清晰地顯現出來。但有些測試人員認為它使波形失真，過分突出了樁深部的缺陷，這種觀點有一定的道理，過分的指數放大甚至有可能人為地造出一個樁底反射。但是如果結合原始波形，適當地對波形進行指數放大，作為顯示深部缺陷和樁底的一種手段，它還是一種非常有用的功能。

濾波是波形分析處理的重要手段之一，是對采集的原始信號進行加工處理，它是為了將測試信號中無用的或次要成分的波濾除掉，使波形更容易分析判斷，在實際工作中，多采用低通濾波，而低通濾波頻率上限的選擇尤為重要，選擇過低，容易掩蓋淺層缺陷，選擇過高，起不到濾波的作用。

結語

對特殊地質和施工條件下樁基的檢測應慎重處理，在樁基檢測中切不可對其過分迷信，但根據其測試成本低、檢測速度快的優點，在樁基檢測中可以作為一種常規性的普查性的檢測方法，對存有疑問的結果或重要的受力部位，在對樁基進行常規的低應變反射波法檢測的同時，應補充更加可靠的檢測方法，如鉆芯法或預先埋管聲波透射法等。