低應變法檢測橋梁樁基完整性的探討

鄒志剛

（佛山市公路橋梁工程監測站，廣東 佛山 528000）

低應變反射波法是以一維彈性桿平面應力波波動理論為基礎，具有測試設備輕便簡單、檢測速度快，成本低等優點的半直接法，應用到了愈來愈多的工程檢測中。低應變反射波法是將樁身假定為一維彈性桿件（樁長>>直徑），在樁頂錘擊力作用下，產生一壓縮波，沿樁身向下傳播，當樁身存在明顯的波阻抗Z變化界面時，將產生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z變化決定。安裝在樁頂上的傳感器，將接收到來自樁身各個波阻抗Z變化界面處反射上來的信息，根據這些信息，可對樁身完整性質量進行分析判斷。

1.要全面地收集資料

低應變反射波法檢測樁一般是靠反射波的波幅、頻率、相位來推斷、評價樁身完整性的，由于樁身中的縮頸、離析、空洞、夾泥等缺陷在反射波曲線上體現的特征基本上是一致的，故而僅從波形上無法確定何種缺陷。施工地質、地層的變化也會引起反射波的相位變化，有時也會發生誤判。所以，檢測者在檢測前必須收集與掌握樁基從鉆孑L、澆筑到完成全過程的技術資料。

(1)施工現場的工程地質勘察報告，水文概況；施工過程中的鉆孔進尺記錄，地層變化記錄；(2)灌注樁成孔方式、成孔工藝；(3)澆灌環境(水下或干孔)；混凝土攪拌方式、運輸方式、運距，澆筑工藝；(4)混凝土攪拌站每盤攪拌記錄，施工配合比，每根樁基總計澆灌的混凝土方量；(5)施工日記，是否在澆筑過程中有諸如停電、卡管、導管拔出等事件；(6)成孔后檢測情況。根據以上所掌握的第一手資料，結合波形分析，才可能較準確的分析判斷樁身完整性及缺陷的性質。例如成孔檢測時采用同直徑的鋼筋檢孔器檢測過孔徑，基本上可以排除縮頸的可能。

2.要平、穩、凈地處理樁頭

樁頂條件和樁頭處理的好壞直接影響測試信號的質量。JrrJ041—2000公路工程橋涵施工技術規范規定：樁頭部分應比設計標高高出0.5m～1.0m，然后采用合適的方法破除樁頭可能存在質量缺陷的部分。樁頂處理要達到平、穩、凈：“平”就是將樁頂鑿平，并用砂輪打磨機磨出四個平面。一個位于樁的中心位置，為激振點；另外三個位于1／2R～2／3R處，基本呈正三角形分布，為傳感器安裝點；“穩”就是鑿除樁頭部分后要無混凝土浮漿，無有裂縫的混凝土，無破樁后留下的松散混凝土，力求傳感器穩固、緊貼地安裝在樁頂面；“凈”就是在樁頂面無積水，污泥，無砂石塵屑。

3.傳感器的安裝與耦合要到位

一般來說，加速度傳感器頻響比速度計要寬，通常用在局部缺陷和淺部缺陷檢測，而速度計對長樁或深部缺陷較合適。不論選擇哪種傳感器，稠度低的黃油、油性橡皮泥、粘性低的口香糖、顆粒粗的粘土以及調得過干或過稀的石膏均不能用于耦合傳感器。安裝時傳感器必須垂直于樁頂面，單方向用力旋壓，使其緊貼安裝面。堅決杜絕采取用手直接按住傳感器的方法進行檢測，避免由此產生實測信號的嚴重寄生振蕩而不能真實地反映樁身質量的實際信息。另外，傳感器應安裝在距樁中心1／2R～2／3R處，并且遠離鋼筋籠主筋，以減少外露主筋振動或晃動時對測試信號產生干擾。

4.選擇合適的激振方式

公路工程采用的樁基一般直徑較大，深度一般都在20m以上。故而，激振點宜選在樁的中心位置:

(1)可以避免偏心振動

(2)此處由激振引起的表面波從樁側來回反射產生的干擾信號為最小。

剛度較小的重錘，入射波脈沖較寬，含低頻成分較多，加上激振能量較大，彈性波衰減較慢，適合于獲取樁深部缺陷或樁端反射信號；剛度較大的輕錘，入射波脈沖較窄，高頻成分較多，激振能量較小，更適合于樁身淺部缺陷的識別及定位。在實踐中，可以分別用加速度計配合銅質錘頭力棒和速度計配合尼龍頭力棒激振采樣。同時，激振時要垂直于樁頂平面，盡量自由落體，干脆利落，這樣可以減少其他無效信號，獲得較好的波形曲線，以利下一步的判讀。

5.要客觀分析結果

結果分析時，應先判斷各種錘(或力棒)、各種傳感器及測試點之間信號的一致性，即各波形曲線、相位、樁頂、樁底反射信號之間是否接近一致。

首先，選取合理的波速。波速的取值越接近實際值，判讀樁身的缺陷位置才能較準確。據有關資料，混凝土強度與縱波波速的相關關系為：σc=4.18e0.49v(n=30，r=0.9869)

其中:

σc─混凝土抗壓強度,MPa；

V─混凝土的縱波波速，km／s。

在測試前應根據上式結合混凝土骨料品種、粒徑級配、水灰比和混凝土齡期等因素綜合確定波速。當樁長已知、樁段反射信號明顯時，選取相同條件下不少于5根I類樁的樁身波速計算其平均值為佳。

其次，信號放大應適中。在檢測時，為防止敲擊波形飄移，指數放大宜設置較低值。在分析時，為清楚地發現樁底反射，必然要適當地增大指數信號，但是不適當的指數放大會使缺陷信號夸大，波形畸變，造成誤判。

第三，要結合檢測前收集的工程地質、施工記錄等資料，綜合判定缺陷的類型。例如人工挖孔樁，不可能出現縮頸；鉆孔灌注樁導管拔脫、澆筑過程中停電，可能引起斷樁、夾泥；混凝土攪拌過程中水泵或水泥輸送泵出現計量系統工作不正常、材料變異等導致混凝土拌合物離析；吊放鋼筋籠時刮蹭孔壁引起坍孔，則可能出現夾泥等缺陷。

6.要及時收集、保存數據

橋梁樁基一般施工周期長，施工工序間銜接緊，樁基檢測合格后馬上要進行下一步的系梁、承臺等施工。JTG／T F81-01-2004公路工程基樁動測技術規程明確規定：公路工程基樁應進行100%的完整性檢測。故而一座橋的樁基一般少則幾次，多則十幾次才能完成檢測。筆者今年檢測一處橋梁的樁基，40根樁往返工地8次才全部檢完。這就要求測試人員要勤保養儀器，及時充電，保證儀器的正常使用，每次檢測前要設置好工地，檢測工作結束后必須將數據及時存儲與上傳至計算機，并要有每一樁基對應的編號，以免混淆或由于其他原因引起數據的丟失。

結語

低應變法是一種檢測樁基完整性的良好檢測手段，使用儀器設備簡便易攜、檢測速度快，費用低廉，檢測人員不僅要會操作，而且要有相關的地質、施工、設計等方面基本知識，還須具有較強的綜合分析能力。因此，需要檢測人員不斷探索，不斷積累才能保證低應變檢測數據的準確性。

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[2]郝清華,張利,郭鵬.低應變法檢測樁基完整性應注意問題探討[J].科技信息,2010.03.15.

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