影響建筑樁基檢測質(zhì)量的因素研究

曹 勇

(太原市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 太原 030009)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展，我國的建筑業(yè)也迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇期，各種高層、超高層建筑如雨后春筍般出現(xiàn)。建筑高度的增加對樁基的質(zhì)量要求也越來越高，尤其對于地基不良的區(qū)域，樁基礎(chǔ)是一種常見的地基承載能力增強(qiáng)手段，而樁基質(zhì)量的優(yōu)劣對建筑安全的影響巨大，質(zhì)量不合格的樁基將直接威脅結(jié)構(gòu)安全。綜合利用各類檢測技術(shù)對建筑物樁基質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評估是保障結(jié)構(gòu)安全的重要手段，同時檢測結(jié)果也可以為需要加固處理的樁基提供參考依據(jù)。樁基檢測主要包含承載能力和完整性檢測，樁身完整性檢測是其中最為基本和關(guān)鍵的內(nèi)容，目前我國建筑樁基檢測技術(shù)中，應(yīng)用最為廣泛的是應(yīng)力波反射法，其具有快速便捷、高效經(jīng)濟(jì)、覆蓋面廣等優(yōu)勢。在實際工程中，有諸多因素影響樁基檢測的質(zhì)量，若考慮不周，有些甚至可以得出完全相反的檢測結(jié)論。鑒于該方法應(yīng)用越來越廣泛，本文主要對影響因素進(jìn)行分析，探討其不利影響，提出應(yīng)對措施，對提高樁基檢測質(zhì)量有一定的借鑒意義。

1 應(yīng)力波反射法

應(yīng)力波是利用彈性介質(zhì)的連續(xù)性，頂部用激振錘等物體敲擊產(chǎn)生彈性應(yīng)力，彈性應(yīng)力在連續(xù)介質(zhì)中以波的形式傳播，形成應(yīng)力波。應(yīng)力波反射法是基于應(yīng)力波在樁身中反射傳播理論的一種樁基檢測方法，利用錘子、鐵棒等震源敲擊樁頂，在激振力作用下，樁頂因振動產(chǎn)生應(yīng)力波沿樁身向下傳播，若遇缺陷或到達(dá)樁底，波阻抗會發(fā)生變化，安放在樁頂?shù)膫鞲衅鲿鶕?jù)回波的時間及相位特征得出缺陷性質(zhì)和位置。由于樁頂激振荷載遠(yuǎn)小于樁身承載力，樁身沿豎向只有彈性變形，不產(chǎn)生位移。

2 應(yīng)力波反射法檢測樁基的影響因素及對策

應(yīng)力波法作為一種較為常用的樁基檢測方法，受到很多人為和外界環(huán)境因素的影響，從性質(zhì)上分主要包括人為因素和外界環(huán)境因素，依據(jù)影響因素種類的不同進(jìn)行分析。

2.1 樁頭的處理問題

樁頭處理的好壞對檢測數(shù)據(jù)的科學(xué)和準(zhǔn)確性影響很大，因此，樁基檢測開始前應(yīng)先按照相關(guān)要求處理樁頭。傳感器與樁頭結(jié)合面、錘擊面應(yīng)與樁身軸線垂直，保證平整堅實，現(xiàn)場可用砂輪機(jī)打磨處理，若有灰塵和碎屑應(yīng)清理干凈，必要時可用水沖洗，但事后應(yīng)將水漬清除并做干燥處理。

實心樁和空心樁由于樁型不同，檢測時其處理位置也不同。實心樁一般應(yīng)在距離樁中心2/3R的位置打磨出3個～4個垂直于樁身軸線的平面安放傳感器，樁中心打磨出一個平面作為激振點；而空心樁傳感器和激振點與樁中心的連線應(yīng)垂直，且二者應(yīng)布置在樁壁厚的一半位置處。為避免雜波影響，樁頭頂部鋼筋籠應(yīng)處理，處理原則以出露高度適中、不影響錘擊激振和不影響淺部缺陷判讀為準(zhǔn)，保證信號的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

2.2 傳感器的選擇與布置

常用的傳感器包括速度傳感器和加速度傳感器。傳感器作為采集檢測數(shù)據(jù)的重要工具，也是振動信號轉(zhuǎn)換為電信號的橋梁，其選擇布設(shè)得當(dāng)與否，將直接影響檢測結(jié)果。為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，消除傳感器布設(shè)不當(dāng)帶來的不利影響，傳感器在安裝過程中應(yīng)做到以下幾點：1)傳感器底面與樁身軸線保持垂直。2)為保證傳感器與樁頭混凝土的有效連接，應(yīng)使用流動性和粘結(jié)性較好的耦合劑，確保傳感器與混凝土面的連接牢固可靠，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇常用的耦合劑，如牙膏、黃油、凡士林、洗潔精等。3)樁型不同傳感器安裝位置也不同，實心樁應(yīng)布置在距離樁中心2/3樁徑的位置，空心樁應(yīng)布置在樁壁厚度一半的位置。

2.3 樁側(cè)土層的影響

檢測人員一般只關(guān)注樁身波阻抗的變化，往往忽視樁側(cè)涂層性質(zhì)的變化給檢測數(shù)據(jù)帶來的影響。樁側(cè)土層主要是通過彈性模量沿樁身方向的變化影響檢測結(jié)果，使檢測數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯誤判讀，甚至得到完全相反的結(jié)論。比如，樁側(cè)土層由軟變硬，采集到的信號會顯示樁身波阻抗變大，得到擴(kuò)徑樁的結(jié)論；反之，會得到波阻抗變小，得到縮徑樁的結(jié)論。一般來說，土層彈性模量差異越大，反射信號就越明顯。因此，在實際工作中應(yīng)提前做好準(zhǔn)備工作，首先搜集與樁基所在位置的地質(zhì)勘察報告，掌握土層性質(zhì)信息和變化趨勢，尤其要對土層的含水量、容重、壓縮模量、內(nèi)摩擦角等基本信息有一定的了解，現(xiàn)場檢測中綜合考慮這些因素的影響，對數(shù)據(jù)信號做出科學(xué)準(zhǔn)確評判。

2.4 激振設(shè)備的選擇

常用的激振設(shè)備有尼龍錘、橡皮錘、鐵錘、重型力棒等。一般來說，激振設(shè)備材質(zhì)越軟，激振時間越長，得到的脈沖信號越寬，應(yīng)力波頻率越低，在樁身中能量衰減就越慢，具體表現(xiàn)為應(yīng)力波可傳播至較深位置，對深部缺陷反映明顯；反之，激振設(shè)備材質(zhì)越硬，激振時間越短，得到的脈沖信號就越窄，應(yīng)力波頻率越高，能量衰減就越快，具體表現(xiàn)為應(yīng)力波傳播深度較小，對樁身淺部缺陷反映明顯。對于較長的樁，應(yīng)避免使用小錘激振，一般使用重型力棒在樁頭激振，錘擊能量大使得應(yīng)力波傳播較深，容易發(fā)現(xiàn)樁身深部缺陷。此外，在樁頭激振時，應(yīng)盡量保持敲擊面與樁身軸線垂直，減少水平方向的雜波對信號產(chǎn)生干擾。因此，現(xiàn)場檢測時，應(yīng)根據(jù)樁型、樁長、樁周土體等的不同選擇合適的激振設(shè)備和激振方式，消除不利影響，得到準(zhǔn)確可靠的信號。

2.5 濾波的影響

濾波作為信號處理技術(shù)較為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，對判斷樁身缺陷起著至關(guān)重要的作用。其主要目的是將原始信號中影響判讀的雜波過濾掉，只留下對樁身完整性判讀起主要作用的波形信號。應(yīng)力波反射法檢測樁身完整性，常常采用低通濾波的方式，而選擇合理的頻率上限值是得到合理結(jié)果的關(guān)鍵所在。上限值過小，容易過濾掉淺部缺陷信號，造成漏判；上限值過大，過濾不掉無用的雜波，達(dá)不到濾波的效果。混凝土樁基常見的病害缺陷主要有斷樁、縮頸、蜂窩、夾泥、細(xì)集料集中等，應(yīng)力波檢測時表現(xiàn)為樁身波阻抗變小，皆呈現(xiàn)出“縮頸”信號，到底是哪一種缺陷，僅從時域曲線上是不容易區(qū)分的，因此，應(yīng)綜合考慮樁基類型、測得的頻域曲線、施工工藝、地層影響等因素對缺陷進(jìn)行判斷，避免武斷地下結(jié)論。

2.6 測試時間的影響

由于樁型、成樁工藝、樁身材料、外界環(huán)境等存在差異，測試時間的選擇較為關(guān)鍵，其對檢測結(jié)果的影響也較大。現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫濕度、成樁工藝、樁身材料強(qiáng)度、彈性模量等不同選擇合適的檢測時間，確保科學(xué)的檢測效果。比如，CFG樁樁身材料強(qiáng)度偏低，其強(qiáng)度隨其齡期增加而增大，只有當(dāng)樁身材料達(dá)到一定強(qiáng)度時，樁頭激振出的應(yīng)力波才能通過樁身往下傳播，如果樁身材料未到齡期或不具有一定的強(qiáng)度，能量在樁身中衰減很快，信號傳播終止，得不到有效的信號，尤其對于大直徑長灌注樁，其屬于大體積混凝土，混凝土材料水化和凝固時間較長，更要注意選擇合適的檢測時間。

3 結(jié)語

樁基檢測技術(shù)的應(yīng)用為樁基工程質(zhì)量提供了保證，應(yīng)力波反射法作為一種常見的檢測手段，在實際工程中受到許多內(nèi)外部因素的影響。本文從樁頭的處理、傳感器的選擇布設(shè)、樁側(cè)土層的影響、激振設(shè)備的選擇、濾波的影響和測試時間的選擇等六個方面具體闡述了影響樁基檢測質(zhì)量的因素，并提出了有針對性的建議和措施。現(xiàn)場檢測過程受到諸多因素的影響，如何識別和避免這些不利因素，消除其對檢測結(jié)果的影響是擺在工程檢測人員面前的一道難題，我們應(yīng)該在實際工作中不斷改進(jìn)，提高樁基檢測成果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。