廖振華，趙 凡

［中大檢測(cè)（湖南）股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000］

0 引言

從目前的情況來(lái)看，在很多項(xiàng)目中，樁基都會(huì)被采用，特別是在要求規(guī)范不斷提高的情況下，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，樁基的使用將會(huì)更為明顯。由于樁基礎(chǔ)工程的特殊性和隱蔽特性，在工程建設(shè)過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問題，這就要求對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行檢測(cè)和控制，而低應(yīng)變反射波是一種典型技術(shù)，在實(shí)際工程中應(yīng)該得到更廣泛的應(yīng)用。

1 低應(yīng)變反射波的應(yīng)用原理分析

在樁基礎(chǔ)探測(cè)工作中，采用了基于應(yīng)力波學(xué)原理的低應(yīng)變反射波檢定方法。在樁基檢測(cè)中，一般采用小應(yīng)變反射波來(lái)判定樁體的完整性，并可以迅速檢測(cè)出樁長(zhǎng)，并判定樁體的整體品質(zhì)有沒有問題或者缺陷。在樁身的具體工作中，通常由測(cè)試員用錘子在樁頭上進(jìn)行擊打，從而形成一種壓力，并在此過程中會(huì)形成一種應(yīng)激波，這種沖擊波會(huì)通過樁頂擴(kuò)散至底部，直至樁尖處或缺陷處出現(xiàn)一個(gè)反射信息。當(dāng)應(yīng)力波沿著樁身傳遞時(shí)，一旦碰到樁身截面的異常部位，就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的反射。用來(lái)接收應(yīng)力波的裝置，就是裝在樁頂端的一個(gè)感應(yīng)器，這個(gè)感應(yīng)器會(huì)把這個(gè)接收信號(hào)進(jìn)行放大，由相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析儀對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理，再由相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)其進(jìn)行輸出，并將其轉(zhuǎn)化為圖形（圖1），這樣工作人員就可以對(duì)其進(jìn)行觀察和分析，從而迅速而有效地判定出樁身有沒有問題。在對(duì)大批量混凝土樁進(jìn)行測(cè)試時(shí)，通過實(shí)測(cè)的波速度平均值，可以比較出相對(duì)強(qiáng)度。

圖1 樁的低應(yīng)變反射波的應(yīng)用原理

2 樁基檢測(cè)工作的流程和環(huán)節(jié)介紹

2.1 準(zhǔn)備階段

在進(jìn)行樁基礎(chǔ)測(cè)試時(shí)，首先要做好前期的工作。在進(jìn)行樁基礎(chǔ)測(cè)試前，獲得有關(guān)資料和資料是非常必要的，所以在進(jìn)行樁基礎(chǔ)測(cè)試前，應(yīng)盡量做好相應(yīng)的前期工作，以保證資料的正確性。在做好前期工作的前提下，后續(xù)的樁基檢查工作要更加科學(xué)、高效。其中包括收集、整理和分析有關(guān)資料，并根據(jù)工程的特點(diǎn)和實(shí)際條件，選用最合適的測(cè)試參數(shù)。因此，在進(jìn)行樁基礎(chǔ)檢驗(yàn)之前，應(yīng)盡量做到最大限度地改進(jìn)，以保證其與所期望的工作目的相符，從而保證檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性[1]。

2.2 樁基檢測(cè)流程的推進(jìn)工作

在樁基礎(chǔ)正式檢測(cè)前，有關(guān)工作人員必須認(rèn)真地校準(zhǔn)調(diào)試儀器，以保證其在樁基礎(chǔ)檢測(cè)工作中的正常使用。在對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)試后，再將相應(yīng)的樁基礎(chǔ)測(cè)試指數(shù)設(shè)定在儀器上。另外，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行清理，并保證樁編號(hào)的正確。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)安裝感應(yīng)器時(shí)，應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況設(shè)置感測(cè)器，以改善信號(hào)接收的效果。

3 樁基檢測(cè)工作中的注意事項(xiàng)

3.1 樁頭的清理工作

在進(jìn)行樁基礎(chǔ)檢測(cè)時(shí)，要特別關(guān)注樁頭的處理工作，這是一個(gè)比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，所以要加強(qiáng)對(duì)其的處理。在處理樁頭時(shí)，工人必須保證其測(cè)點(diǎn)打磨到位、表面清潔，任何細(xì)小的雜質(zhì)和大的損傷都不得在樁頭上留下痕跡，不然就會(huì)影響低應(yīng)變檢測(cè)的效果。

3.2 傳感器的安裝工作

在樁基礎(chǔ)檢測(cè)工作中，準(zhǔn)確、科學(xué)地設(shè)置傳感器是實(shí)現(xiàn)信號(hào)獲取的關(guān)鍵。從專業(yè)的理論觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為傳感系統(tǒng)的傳輸速率和效率主要依賴于傳感元件的品質(zhì)和與樁表面的連接，當(dāng)傳感元件的重量較低時(shí)，其與樁表面的連接跟緊密，則其訊號(hào)與樁端粒子的共振頻率愈高。在樁基礎(chǔ)檢測(cè)中，如何合理地設(shè)置傳感器是保證測(cè)試精度的關(guān)鍵。

3.3 激振錘的合理選擇

在樁基礎(chǔ)檢驗(yàn)中，選用合適的激振錘也對(duì)檢測(cè)工作的品質(zhì)起著關(guān)鍵作用。小型的振動(dòng)錘體體積小，其自身所蘊(yùn)含的能量也就低，使用小型的振動(dòng)錘子對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)造成在進(jìn)行過程中的信號(hào)減弱，無(wú)法將相應(yīng)的信息進(jìn)行反射，或使其返回的信號(hào)品質(zhì)不佳，精度無(wú)法得到保障。所以在樁基檢查中，大樁的檢查要盡量選用質(zhì)量大、能量大的，以便快速地檢查出大樁深層的問題和缺陷。在發(fā)現(xiàn)問題和缺陷的部位比較淺的情況下，可以使用能量更低、頻率更高的小型振動(dòng)錘子來(lái)確定具體部位和深度。

4 低應(yīng)變反射波檢測(cè)的缺陷成因及缺陷特征

在樁基中存在著蜂窩狀、離析、縮徑、擴(kuò)徑、夾泥（層）、斷裂等。本文從理論上對(duì)不同類型的問題進(jìn)行了討論，并對(duì)不同類型的反射波形特性進(jìn)行了研究。

4.1 蜂窩狀的瑕疵

通常因原料的使用不當(dāng)，或者因井內(nèi)落下的淤泥、砂及殘留在樁體內(nèi)的浮渣、漿液等引起。由于這些微小的空隙分布在強(qiáng)度高的水泥中，一部分激振波會(huì)以反射形式傳回樁頭，另一些會(huì)被散射，而另一些則會(huì)通過或繞過樁底部，然后被反彈至樁頂部。因此，具有低幅度的同相位的反相段和相對(duì)于具有較低幅度的同相位（持力層是土壤或完全的風(fēng)化層），或者是具有反相區(qū)（即是中生期）的基部的反相區(qū)。樁的平均縱波速度比完全樁要小一些[2]。圖2為樁基根部蜂窩狀的瑕疵。

圖2 樁基根部蜂窩狀的瑕疵

4.2 離析類缺陷

由于混凝土的混合不勻、輸送路線過長(zhǎng)、水泥被水泡等原因，導(dǎo)致了大量的粗集料聚集，從而導(dǎo)致了樁的混凝土分離。在離析類型的表面上形成了一種同相的反射，在下面的一種表面上形成了一種比較微弱的反向反射，而在深層則是一種只有一個(gè)衰減的正弦波，而在表面則是一個(gè)復(fù)合的。

4.3 縮徑類缺陷

在經(jīng)過水力作用下，在受水力作用下，該土體在受水力作用下，會(huì)在樁內(nèi)形成一個(gè)突出的凹坑，從而減小了樁直徑。另外，在通過含有壓力的地層時(shí)，會(huì)因地面水流的持續(xù)沖刷而導(dǎo)致水泥灰分損失，從而出現(xiàn)收縮。結(jié)果表明：在直徑縮小的情況下，頂部表面出現(xiàn)了同向的射波，而底部的表面則出現(xiàn)了一個(gè)比較微弱的逆向反射，幅度與直徑減小的幅度相關(guān)。這些問題與離析孔洞型結(jié)構(gòu)的本質(zhì)區(qū)別在于：激振動(dòng)波會(huì)從樁體中央傳遞至樁底，并在一定程度上使樁體發(fā)生反彈，使樁體的平均縱波速度保持在一定范圍內(nèi)。

4.4 擴(kuò)徑類缺陷

在易于塌陷的地層中可形成直徑；在地基上進(jìn)行多次鉆孔，可使地基在遇到水分和軟弱的土壤中發(fā)生擴(kuò)張；在巖體中進(jìn)行爆破，往往會(huì)使直徑增大。在膨脹段上部的上表面會(huì)形成反向的反射波，在下部的表面形成一個(gè)相對(duì)比較弱的同相位的反射波。

4.5 斷裂類缺陷

造成樁體破裂的因素很多。其原因是由于不正確的彈擊引起的相鄰樁身產(chǎn)生的擠壓破裂或由于土的凸出而導(dǎo)致的破壞；在灌注期間，由于灌注期間的持續(xù)工作，導(dǎo)致了樁身的持續(xù)出現(xiàn)了大量的淤泥。在澆注水泥過程中，如果拔掉管道太快，很可能會(huì)導(dǎo)致斷裂；而挖掘機(jī)械在開挖過程中，由于受外力的影響，產(chǎn)生了斷裂。當(dāng)樁體破裂、破裂處充水或膨脹時(shí)，其反射率較高，且具有較大的反射波形和較大的幅度。如果斷裂面平整，斷裂面與樁頂部之間的間距不大，則可在探測(cè)曲線中產(chǎn)生3次或更多的反射。

5 提高低應(yīng)變反射波檢測(cè)準(zhǔn)確性的若干方法

為了滿足不同的探測(cè)長(zhǎng)度和對(duì)不同深度的各類缺陷的分析，使用了多種類型的測(cè)試錘。通過對(duì)各種錘型的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在對(duì)相同的樁身進(jìn)行測(cè)試后，對(duì)其影響的波形差異進(jìn)行分析，可以獲得較為完整的樁基完整性數(shù)據(jù)，而且更加精確、直接。數(shù)據(jù)表明，普通的小型錘子可以檢測(cè)到3~20m的區(qū)域，中的錘子可以檢測(cè)到5~30m的缺陷，而大的錘子可以檢測(cè)到10~50m的缺陷。所以要注意避免使用小錘子測(cè)試長(zhǎng)樁。反之，對(duì)靠近樁端的缺陷最好用小錘在樁頂上多對(duì)幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢查。此外，錘子的材料、錘墊厚度等對(duì)沖擊力的頻率，即影響頻譜的組成也有一定的影響。在測(cè)試時(shí)，應(yīng)充分利用各種材料和質(zhì)量，并按要求選用不同材料和質(zhì)量的錘頭，使其達(dá)到要求的振動(dòng)頻率和激振能量[3]。

5.1 強(qiáng)化樁頂處理工作在實(shí)際工程中，對(duì)樁進(jìn)行檢測(cè)是最

基本的一項(xiàng)工作。許多反射波的收集結(jié)果均不盡如人意，原因在于對(duì)樁的清除不到位。比如樁端的淤泥沒有完全清除，樁身不平，樁上有積水，這些問題看起來(lái)很普通，但對(duì)信號(hào)的影響，就不容小覷了。

5.2 加固后的樁端

在樁端采用了其他的形式，并對(duì)其進(jìn)行了加固處理。這將會(huì)對(duì)測(cè)量到的波形產(chǎn)生一定的干擾，甚至?xí)?duì)信號(hào)的反射產(chǎn)生影響。其主要的問題在于：在受激振時(shí)，由于受彎構(gòu)件引起的振動(dòng)，很容易被探測(cè)器所接受，然后再與反射波進(jìn)行重疊。此時(shí)所獲取的信號(hào)非常復(fù)雜，難以進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分析。有關(guān)規(guī)范中也有明確的要求，應(yīng)將感應(yīng)器放置在距離鋼筋50mm的地方。

5.3 強(qiáng)化樁側(cè)破壞檢測(cè)

樁側(cè)破壞的因素很多，既有預(yù)制樁，也有灌注樁。但其普遍特征是：樁頂破壞或樁體表面疏松，使樁身的彈性波能迅速減弱，使樁間樁和樁基的反射波減弱，進(jìn)而對(duì)波形的辨識(shí)產(chǎn)生不利的作用。從圖3和圖4可以看出，由于樁頂?shù)脑驅(qū)ν粯兜奶綔y(cè)效果有很大的不同。也是對(duì)我們?cè)跈z驗(yàn)前要做好的準(zhǔn)備工作。

圖3 樁頭浮漿未曾徹底鑿除前

圖4 樁頭浮漿清理后

5.4 重視測(cè)樁盲區(qū)的研究

在樁頭被錘擊打后，其錘擊能沿著“樁-土”體系的深度傳播是起伏的，而向下的壓力波一旦發(fā)生樁周阻抗發(fā)生改變，則會(huì)引起向上的應(yīng)力-反射波。在樁頂部受到點(diǎn)振源錘擊干擾后，初始波動(dòng)區(qū)在樁頂部附近產(chǎn)生了一個(gè)球面波，其擴(kuò)散不能達(dá)到平面假設(shè)。而下行和上行阻力波、樁身阻抗的改變，則具有明顯的優(yōu)越性，而下行的壓力波常常會(huì)遮蔽上行波。在樁尖出現(xiàn)這樣的情況，即為測(cè)樁眼的死角。對(duì)于較小的變形，在1~1.5D（D是樁的直徑）或在小于5m的樁長(zhǎng)度范圍中，容易成為試驗(yàn)的死角。試驗(yàn)時(shí)，要選用較輕、較小的錘子進(jìn)行多次敲擊，對(duì)實(shí)心樁進(jìn)行試驗(yàn)，則要在樁截面中央進(jìn)行敲擊，而對(duì)于中空樁，則錘擊點(diǎn)與傳感器的安裝位置應(yīng)該處于相同的平面，并與樁身的連線呈90°，擊打部位以樁身厚度的1/2為宜。在有需要的時(shí)候，通過加大測(cè)量點(diǎn)數(shù)來(lái)判斷淺層的問題，然后用大錘子擊打出樁底的反射。

5.5 如果采集到振蕩波形，應(yīng)分析產(chǎn)生原因及消除方法

在測(cè)量樁的結(jié)構(gòu)完整性時(shí)，采用低應(yīng)變方法，在波形獲取時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)波。首先要注意傳感器的接收是否滿足規(guī)范的要求，也就是完成了樁頂處理，準(zhǔn)確選擇傳感器位置，粘貼緊密。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)將傳感器放置在距離樁身1/2~2/3的范圍內(nèi)，由于該部位的擾動(dòng)最少，而且耦合劑的彈性過高或過粗或固定不牢固，都會(huì)引起振動(dòng)。其次，要恰當(dāng)?shù)丶ぐl(fā)能量。實(shí)踐證明，在能測(cè)到樁底的情況下，盡可能減少樁周土參與震動(dòng)，減少對(duì)反射波的影響。所以，土層越好，樁越長(zhǎng)，就應(yīng)該使用大錘子，而不是使用小錘子。此外，還應(yīng)注意到樁頭的加固、周圍環(huán)境的干擾。

6 結(jié)語(yǔ)

低應(yīng)變反射波檢測(cè)具有操作方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等諸多優(yōu)勢(shì)，因此，在測(cè)量中要重視每個(gè)工序中的細(xì)微差別和可能產(chǎn)生的各種影響。綜合考慮一切問題，才能得出的結(jié)論與真實(shí)情況相符。[