柯潔銘

【摘 要】論述反射波法測(cè)樁身完整性的影響因素，包括傳感器的選擇與安裝、激振方式的確定、樁頭浮漿的影響、混凝土強(qiáng)度滿足與否、波速與樁長(zhǎng)準(zhǔn)確性、樁身質(zhì)量問(wèn)題引起波速的變化、露出樁頭的鋼筋對(duì)波形特征的影響、樁周摩阻力對(duì)缺陷反射波的影響等幾個(gè)方面，為檢測(cè)人員結(jié)合實(shí)際情況對(duì)樁身完整性進(jìn)行較正確的判斷提供參考。

【關(guān)鍵詞】反射波法；樁身完整性；影響；因素；探討

Discussion on Influence Factors of Pile Integrity Test With Reflected Wave Method

KE Jie-ming

（Nanjing Communication Vacational Technical College ，Nanjing Jiangsu，211188，China）

【Abstract】The influence factors of pile test with reflected wave method are discussed in the article，including the chosen and installation of sensor， the determination of vibration mode， the influence of pile head laitance， the concrete strength is satisfied or not， the accuracy of wave velocity and pile length， the variation of wave velocity caused by pile quality problems，the influence of exposed bars outside of pile head on the waveform characteristics， the influence of friction resistance around pile on flaw reflection wave，providing reference for testing personnel to get a correct judgement about pile integrity combined with the actual situation.

【Key words】Reflected wave method；Pile integrity；Influence；Factor；Discussion

0 前言

反射波法是基樁低應(yīng)變樁身完整性檢測(cè)中最常用的方法，其方法是在樁身頂部進(jìn)行豎向激振產(chǎn)生彈性波，彈性波沿著樁身向下傳播，當(dāng)樁身界面存在明顯波阻抗差異的時(shí)候（如樁底、裂縫、斷樁和嚴(yán)重離析等）或樁身截面積發(fā)生變化（如縮徑或擴(kuò)徑）時(shí)，將產(chǎn)生反射波并被接收放大，通過(guò)分析實(shí)測(cè)樁頂速度響應(yīng)信號(hào)的特征，進(jìn)行樁身完整性判斷。該方法是以一維波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的，在我國(guó)已有幾十年的使用歷史，但影響該方法測(cè)試結(jié)果的因素比較多，雖然大部分單位（儀器）均能正確進(jìn)行完整性檢測(cè)，但均存在一定的誤差，有的甚至誤判。因此，有必要就該方法的影響因素做一個(gè)探討，并盡最大努力降低這些因素的影響，提高其結(jié)果判斷的可靠性。

1 影響因素

1.1 傳感器的選擇與安裝

傳感器最好選用寬頻的壓電式加速度傳感器或磁電式速度傳感器，頻響曲線的有效范圍應(yīng)覆蓋整個(gè)測(cè)試信號(hào)的頻帶范圍。傳感器的安裝根據(jù)和樁的接觸方式有剛性安裝（例如用射釘、膨脹螺銓固定）和柔性安裝（例如石膏、黃油、橡皮泥等粘結(jié)），無(wú)論采用哪種粘結(jié)方式，都應(yīng)牢固并與樁頂面垂直，注意要保證傳感器安裝部位干燥無(wú)積水[1]。由于反射波法是建立在一維縱向振動(dòng)波動(dòng)理論的基礎(chǔ)上，傳感器的軸線與樁身的縱軸線是否平行是至關(guān)重要的，否則，入射波與反射波之間將產(chǎn)生夾角（相位角），二維效應(yīng)將難以克服。因?yàn)榍脫舢a(chǎn)生的應(yīng)力波除向下傳播外，也沿徑向向周邊傳播，從周邊反射回來(lái)的波與由圓心外散的波會(huì)發(fā)生疊加，由實(shí)踐可知，傳感器的安放點(diǎn)在距樁中心沿半徑方向約1/2～2/3R（半徑）處時(shí)，這樣將得到最小的反沖信號(hào)的出現(xiàn)，有利于淺部缺陷的評(píng)判，且距離主筋不宜小于50mm，以免鋼筋對(duì)測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生干擾。另外檢測(cè)點(diǎn)與錘擊點(diǎn)應(yīng)有足夠的距離以消除二維效應(yīng)。

樁身淺部缺陷在灌注樁的施工中極易發(fā)生，同時(shí)其對(duì)工程質(zhì)量的危害最大，對(duì)波形造成的畸變也最大，所以必須非常重視。為了提高對(duì)樁身淺部缺陷的分辨率，應(yīng)選擇靈敏度高、阻尼比恰當(dāng)、高頻性能好的傳感器。盡量提高傳感器的安裝剛度，采用沖擊鉆打孔、石膏粘結(jié)等安裝辦法可以提高安裝諧振頻率，有利于檢測(cè)基樁淺部缺陷。

1.2 激振方式

混凝土灌注樁、混凝土預(yù)制樁的激振點(diǎn)宜在樁頂中心部位；空心樁的激振點(diǎn)及傳感器的安裝位置應(yīng)選擇在樁壁厚1/2處且應(yīng)在同一平面上，與樁中心的連線形成的夾角約為90°激振錘和激振參數(shù)宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)選定，應(yīng)先考慮樁底反射（特別是較長(zhǎng)的大直徑樁）是否能激發(fā)出來(lái)，同時(shí)應(yīng)考慮到淺部缺陷不被漏掉。短樁或淺部缺陷樁的檢測(cè)宜采用輕錘短脈沖擊振；長(zhǎng)樁、大直徑樁或深部缺陷樁的檢測(cè)宜采用重錘寬脈沖激振，也可采用不同的錘墊來(lái)調(diào)整激振脈沖寬度。采用力棒激振時(shí)，應(yīng)自由下落，但容易產(chǎn)生二次沖擊。采用力錘敲擊時(shí)，應(yīng)使其作用力方向與樁頂面垂直。

激振時(shí)落錘應(yīng)落在實(shí)處，動(dòng)作干脆利落，以盡量使首脈沖狹窄且符合半正弦規(guī)律。調(diào)整的力度要均勻、大小以引起質(zhì)點(diǎn)的單一壓縮振動(dòng)為宜，實(shí)際操作時(shí)以曲線平衡歸零且能觀察到樁反射波為佳。過(guò)大的力也會(huì)引起樁頂?shù)钠渌駝?dòng)，反而不利于分析。敲擊的速度快些則激發(fā)的脈沖頻率高，慢些則激發(fā)的脈沖頻率低，改變敲擊的速度可以有效地抵制曲線的“漂移”。結(jié)合觀察到的波形有針對(duì)性的及時(shí)調(diào)整敲擊的力度、角度、速度。建議采用直流電工作的便攜儀器，讓敲擊人直接觀察到波形。一般而言，每一根被檢測(cè)樁每測(cè)點(diǎn)均應(yīng)進(jìn)行三次及以上的重復(fù)測(cè)試，重復(fù)測(cè)試的曲線要求出現(xiàn)特征點(diǎn)基本相似。出現(xiàn)異常應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)研究，排除不良因素的影響后再重復(fù)測(cè)試。

當(dāng)檢測(cè)淺部缺陷時(shí)，應(yīng)增加激振信號(hào)的高頻成分，否則樁頂附近的缺陷反射信號(hào)會(huì)被低頻信號(hào)掩蓋，通常采用改變錘頭的材料、減少錘體尺寸以及在樁頂選擇硬點(diǎn)（硬度大的地方）激發(fā)等辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用剛度大的小錘輕敲，除能激發(fā)出頻率較高信號(hào)外，同時(shí)也使得樁土體系的振動(dòng)比較單一，避免樁土體系的共振產(chǎn)生，有利于測(cè)試曲線的解釋。

同時(shí)儀器的采樣間隔要盡量的小，對(duì)某一具體工程，儀器的采樣間隔通常依據(jù)樁長(zhǎng)的大小來(lái)設(shè)定。檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)某根基樁波形異常且懷疑樁身淺部存在缺陷時(shí)，需減少儀器采樣間隔重新測(cè)試，以便提高計(jì)算缺陷的精度。檢測(cè)樁身淺部缺陷的采樣間隔取10～20μs較為合適。

1.3 樁頭浮漿的影響

大多混凝土灌注樁的樁頭或多或少存在浮漿，如果測(cè)試前，樁頭浮漿未能清除，樁頭錘擊的信號(hào)失去中高頻成分，樁間缺陷和樁間反射波也被濾去中高頻波，顯示的波形周期增大，既掩蓋了淺部樁身缺陷，又無(wú)法判別中、深部缺陷。在檢測(cè)前應(yīng)徹底清除樁頂?shù)母{、浮渣，在致密的樁頂上激振，確保樁頂面上只有軸向?yàn)橹鞯膲嚎s力，而無(wú)水平向剪切力，使樁頂橫波無(wú)法產(chǎn)生，從根本上防止橫波干擾的出現(xiàn)。

1.4 混凝土強(qiáng)度、波速與樁長(zhǎng)、樁身質(zhì)量問(wèn)題

樁長(zhǎng)對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量而言至關(guān)重要，如果樁長(zhǎng)嚴(yán)重不足，對(duì)于摩阻樁則樁周摩擦力不足，對(duì)于嵌巖樁則樁底未到持力層，因此承載力無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的單樁測(cè)試中，低應(yīng)變反射波法無(wú)法直接測(cè)量樁長(zhǎng)，波速也是在假定了樁長(zhǎng)后按照C=2L/T算出的。儀器直接檢測(cè)到的數(shù)據(jù)只有彈性波傳播兩倍樁長(zhǎng)的距離所用的時(shí)間T，L為假定樁長(zhǎng)，一般取設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，這種間接得到的樁長(zhǎng)是否可靠？如果實(shí)際樁長(zhǎng)為L(zhǎng)，且L

工程樁基檢測(cè)中，樁身混凝土強(qiáng)度往往依賴建設(shè)單位或監(jiān)理人員以及現(xiàn)場(chǎng)施工記錄和經(jīng)驗(yàn)確定，樁身的混凝土配合比是否符合設(shè)計(jì)要求？由實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)得到的波速變化范圍如何確定特征波速，反映多高程度的真實(shí)性等等。這些問(wèn)題均直接影響了檢測(cè)人員對(duì)工程樁基施工質(zhì)量和缺陷位置的評(píng)判。另外，同一場(chǎng)地，完整樁與缺陷樁的波速必須區(qū)別考慮，才能較好地判斷缺陷的位置和程度。

1.5 露出樁頭的鋼筋對(duì)波形特征的影響

混凝土灌注樁樁頭均出露有部分鋼筋以便于與基礎(chǔ)承臺(tái)相接。當(dāng)小錘敲擊樁頭時(shí)，產(chǎn)生的擊振應(yīng)力波易于在鋼筋上產(chǎn)生振蕩反射疊加于入射波，由于滯后傳播作用，會(huì)使淺部缺陷的反射波發(fā)生畸變，從而影響了淺部缺陷波形特征的識(shí)別。檢測(cè)中，如發(fā)現(xiàn)某樁出現(xiàn)難以分辨的淺部信息，可采取變換傳感器和錘擊位置，使之稍遠(yuǎn)離鋼筋或采用黃沙置于鋼筋根部，減弱鋼筋籠振蕩，一般可避免其影響。

1.6 樁周摩阻力對(duì)缺陷反射波的影響

根據(jù)彈性波理論，波阻抗面的波阻抗差異愈大，反射能力愈強(qiáng)，反之反射能力愈弱。檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，在樁周為高摩側(cè)阻力地層情況下，基樁反射波形曲線比較光滑，少見(jiàn)較高頻成分。樁周在地層濕度的作用下，凝結(jié)度較差且與地層密實(shí)，樁土體系波阻抗差異?。磩偠缺刃。?，應(yīng)力波在傳播過(guò)程中，樁身較小缺陷的反射波能量一部分向樁頭傳感器反射，另一部分向樁周土透射。由于反射能量弱，又在傳播過(guò)程中急劇衰減，無(wú)法在波形曲線上反映出來(lái)。

如何排除樁周不同土質(zhì)因摩阻力不同對(duì)實(shí)測(cè)曲線的影響呢？通?？刹捎靡韵聨追N方法[2]：

（1）選擇一根完好的樁做為參考樁，以它的實(shí)測(cè)曲線作為基礎(chǔ)，來(lái)判斷其它樁的實(shí)測(cè)曲線，當(dāng)其他樁的實(shí)測(cè)曲線上有與參考樁不同的正相或反相反射波出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)視為土層的影響，而不是樁本身造成的。

在不能選定參考樁時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大多數(shù)樁的實(shí)測(cè)曲線，結(jié)合場(chǎng)地的地質(zhì)剖面圖來(lái)排除土質(zhì)條件的影響。

（2）可利用場(chǎng)地的地質(zhì)剖面圖以及靜力觸探或動(dòng)力觸探（標(biāo)準(zhǔn)貫入）試驗(yàn)曲線，來(lái)排除實(shí)測(cè)樁頂速度曲線中的土質(zhì)影響。

2 結(jié)束語(yǔ)

反射波法測(cè)樁身完整性雖然方法簡(jiǎn)便，測(cè)試快速，但因?yàn)榭赡苁苌鲜鲆蛩赜绊懗霈F(xiàn)誤判的可能性較大，檢測(cè)人員必須在實(shí)際檢測(cè)工作中充分考慮上述影響因素并采取相關(guān)措施，才能獲得符合實(shí)際情況的較為可靠的結(jié)論。

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[責(zé)任編輯：湯靜]