低應變法檢測樁基基礎工程的樁身完整性探討

賴東平

（惠州市建設工程質量檢測中心，廣東 惠州516000）

樁基基礎屬于一種地下成樁方式，不可避免的會產生類似開裂、縮擴徑、砼離析等問題。這些問題不同程度上影響到樁基質量，進而導致樁基不滿足設計標準。為此，樁身完整性檢測是人們廣泛關注的事情。而低應變法是測試樁身完整性最常用的一種手段，所以，對樁身質量測試顯得十分關鍵。

1 低應變法工作原理

一般情況下，在測試樁身完整性時，將樁簡化成一維彈性直桿，基礎受力時維持等截面，忽視樁基內外阻尼與樁邊土阻力，樁邊土對樁基約束與支撐作用都由樁下的一個彈簧取代。樁基力由樁身截出dx 段，通過達朗貝原理能夠推導出波動式子：

由式（1）與應力波傳遞理論、邊界條件持續性、牛頓第三定律以及波陣面動量守恒條件等，能推導出波組抗界面位置的入射波、反射波以及透射波的應力（σ1，σR，σT）和速度（V1，VR，VT）存在以下關系，指：

其中，反射參數：

透射參數：

波阻抗比：

式中，ρi，ci，Ai分別是樁身i 截面砼密度、縱波傳遞速度、橫截面大小（i=1，指抗阻界面之上的入射波截面；i=2，指抗阻界面之下的透射波截面）。

上述是基于理論獲得的結論，但在項目實踐中因為振動波在傳送過程受到諸多不確定因素的限制，如波在樁身中的衰弱，樁邊土對波的傳送影響等，應對樁身進行比較精準的分析是非常困難的，下面就對項目中需要注意的內容進行探究。

2 現場檢測中要注意的內容

2.1 樁頭的處置

在現場信號收集過程中，樁頭的處置是檢測成功的重點之一，特別是灌注樁，但許多檢測者忽視了這一點。因為操作的原因，通常樁頭位置存在浮漿，如果忽視了對樁頭的處置，選擇直接在浮漿上開始檢測，結果不管如何改變傳感器和傳感器的設置，不管如何調整振源，檢測信號均不好，通常在檢測信號的淺層位置有很大反向脈沖。通常樁頭的處置以露出新的帶骨料的砼面位置，并且要盡可能平整、潔凈（樁頭未破碎、沒有雜物、沒有水）。如此能夠利用隨身所帶的鑿子來鑿平安裝點與錘擊點以及委托施工單位在檢測前做好樁頭處置，如此有助于傳感器的設置與力棒的錘打。

2.2 淺部缺陷判斷問題

低應變法測試在樁頂實行的激振通常是手錘和力棒，敲打樁頂時是質點振動出現波動傳遞，在樁頭周圍能夠近似看作半球面波，脫離樁頭后能近似平面波。因為檢波器會接收到平面波，在樁頭周圍就會有檢測“盲區”，若“盲區”之內有缺陷，人們難以識別出來，因此，樁身淺部缺陷的判斷是低應變方面另一大難題。

針對淺部缺陷的判斷，最關鍵的是激振手段，采用頻率各異的激振力棒。提升激振脈沖波頻率能夠提升分辨率，力棒能夠保障彈性波的垂直傳遞，降低淺部折射消耗，此外，在敲打時，敲打部位盡可能接近檢波器，方便采集入射波，提升靈敏性，采取不同頻率敲打，能夠有效判斷淺部缺陷。

見圖1 所示，當采取低頻力棒敲打時的檢測曲線，曲線體現大低頻特點，表示樁身淺部有嚴重問題（有時甚至無法識別缺陷），但缺陷的基本位置很難分辨。隨后改成高頻力棒敲打，檢測曲線見圖2 所示，能夠清晰的看見1.2m 位置周圍產生多次反射，且帶有大低頻的反射現象，該樁已被挖掘證實。

圖1 低頻力棒敲打時的檢測曲線

圖2 高頻力棒敲打時的檢測曲線

針對更淺部缺陷（0.5 米或以內）來說，若缺陷較為嚴重，例如斷樁、明顯縮徑、夾泥等，能夠通過檢測曲線特點判斷，通常曲線體現為不規則“∧”形，且存在更大低頻曲線特點，相較于大低頻曲線明顯不規則，見圖3 所示[1]。結合經驗能夠看出樁身更淺位置存在比較嚴重的問題，且敲打中可以聽見“空空”聲，這時采用力棒水平敲打樁側，一般能夠看見樁頭搖晃。主要原因是，因為樁上部受激振后未產生質點壓縮的變化，而僅僅是淺部缺陷結構的振動，檢測曲線是檢波器和塊體的共振形式。

圖3 樁身淺部0.5 米左右缺陷檢測曲線

2.3 現場波束確定

在反射波的檢測中，樁長、波速以及時差的關系是：L=0.5V·T，當時間固定時，樁長與波速呈線性關系，結合L 與V 的關系評價樁身質量[2]。檢測中常常以作業記錄樁長來設置砼波速，但因為各種原因有些作業記錄不準確，若根據上式測算，明顯不可行。

假如給出砼的波速，即平均波速。當地質環境變化很小、砼配合比不變時，砼的波束在特殊范圍內，該種情況下能夠結合現場情況及地區經驗，設置一個波速值，進而對樁長加以核實，這時主要考量砼的齡期與樁身缺陷造成的波速改變。

3 信號分析時要注意的事項

3.1 信號準確性問題

使用低應變法測試樁身完整性時，時域收集信號的準確性是樁身缺陷判定是否正確的重點。測試信號要使應力波于樁身傳遞階段樁身波阻抗改變的真實反映。導致信號失真大概有如下幾點原因：①樁頭處置不徹底；②傳感器設置不當；③錘的選取不合理。

3.2 應力波的衰弱

時域信號在傳送環節能量慢慢分散，尤其是當樁和土的密度類似時，波衰弱很快，此時的波實際為3D 球面波，無法簡單看作一維波。在展開樁身完整性量化研究時，要把信號實施指數放大處置，以消除由于土阻力而造成的信號衰弱所引起的缺陷量改變。

3.3 波速篩選

在缺陷量化研究時，波速篩選直接關系著缺陷部位的判定。當時域曲線上沒有樁底反射也沒有異常缺陷信息疊加時，波速要選擇同個工地可靠樁的平均波速，沒有明顯樁底反射的基礎不可以實施量化[3]。對缺陷產生在樁中間的樁要提高警惕，應該產生樁底的位置是缺陷的再次反射或者樁底應十分小心，并注意上段缺陷反復反射的情況。應結合平均速度來識別樁底的異常反射屬于樁底或者缺陷。

3.4 樁邊土層的作用

在對基樁展開低應變法檢查時，要全面考量樁邊土層對所收集波形曲線的作用。檢測者通常只留意到樁身波阻抗改變引起的信號反射，忽視了應力波在樁身內傳遞時，既受樁身材料、剛度和缺陷的作用，也受樁邊土層模量多少的作用[4]。當樁邊土由軟土層變為硬土層時，收集的波形曲線將在對應部位出現相似擴徑的反射波，且當樁邊土由硬土層變為軟土層時，收集的波形曲線將在對應部位出現相似縮徑的反射波。若不考量樁邊土對收集波形曲線的作用，不清楚樁側的地質環境，極易對基樁形成誤判。

結束語

總之，低應變法測試憑借其測點多、經濟、方便等優勢，使用非常廣泛，但也有一些缺點與不足。在判定測試曲線時，要集中地質環境、工藝方法、應力波傳遞機理、樁邊土以及樁尖土的力學系數等多種因素分析判定，方可較為精準度的分析判定樁身質量。因為有復雜的樁- 土結構、理論假設和實際不一致等情況，低應變法也存在一定的局限性。了解這些問題有利于提升測試結果的有效性。對低應變法測試有缺陷的樁身，能夠再使用其他的檢測手段來處理。