吳龍飛

（廣州越監(jiān)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司，廣東 廣州 511457）

工程施工進(jìn)程中，基樁部分是重點(diǎn)，因此備受重視，為保證基樁施工質(zhì)量，有必要引入系列檢測(cè)方法，對(duì)比鉆芯法、靜載試驗(yàn)、高應(yīng)變法等方法來(lái)說(shuō)，低應(yīng)變檢測(cè)有著較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，比如操作更簡(jiǎn)單、對(duì)場(chǎng)地的要求更少等。在應(yīng)用該種檢測(cè)方式時(shí)，需根據(jù)工程的實(shí)際特征，預(yù)設(shè)低應(yīng)變檢測(cè)方案，合理布設(shè)檢測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行不同位置的多次測(cè)量，綜合多項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行研究分析，判斷基樁屬于哪種類型，為后續(xù)施工提供可靠參考。

1 基樁低應(yīng)變檢測(cè)原理

（1）當(dāng)前階段應(yīng)用較多的低應(yīng)變檢測(cè)方法多是低應(yīng)變反射波法，狹義上直接稱為低應(yīng)變法，其在瞬態(tài)激振作用下形成瞬態(tài)沖擊，測(cè)出樁基礎(chǔ)速度、加速度對(duì)應(yīng)的響應(yīng)速度，該種檢測(cè)方法是基于線性桿件模型發(fā)揮作用，根據(jù)一維波動(dòng)理論評(píng)價(jià)基樁完整性，故而要求瞬態(tài)激振波長(zhǎng)、基樁橫向尺寸比值與檢測(cè)樁基細(xì)長(zhǎng)應(yīng)≥5。向基樁施加瞬態(tài)激振后，參考彈性波傳播規(guī)律要求，必須滿足一維波動(dòng)方程：δ2/δt2-v2δ2u/δx2=0，v2=E/ρ，其中v指的是縱波波速，ρ指的是基樁材料密度，A指的是基樁截面積，E指的是基樁彈性模量。

（2）彈性波傳播進(jìn)程中會(huì)相應(yīng)自身阻抗Z變化，其中Z=ρvA，假設(shè)在傳播進(jìn)程中基樁各項(xiàng)參數(shù)由A0、E0、ρ0、V0變化為A1、E1、ρ1、V1，則通過(guò)平面彈性波傳播理論，可求出對(duì)應(yīng)反射系數(shù)R：R=（ρ1v1A1-ρ2v2A2）/（ρ1v1A1+ρ2v2A2），預(yù)測(cè)檢測(cè)結(jié)果，在波阻抗出現(xiàn)差異（基樁密實(shí)度變化、截面變化）界面處會(huì)出現(xiàn)波的透射、反射現(xiàn)象，分析其發(fā)展規(guī)律，判斷樁身特征，一般包括兩種形式：其一，通向反射，即Z1＜Z0，依靠上式，求出R＞0，此時(shí)入射波、反射波同相，基樁本身廣義阻抗相對(duì)較小，代表基樁可能出現(xiàn)了斷樁、麻面、蜂面、膠結(jié)差、膠結(jié)較差、夾泥、縮徑等一系列問(wèn)題；第二，反向反射，即Z1＞Z0，依靠上式，求出R＜0，此時(shí)入射波、反射波反相，基樁本身廣義阻抗相對(duì)較大，代表基樁混凝土強(qiáng)度高、存在擴(kuò)徑等現(xiàn)象。

（3）在計(jì)算基樁缺陷位置時(shí)，按照以下方法展開(kāi)：x=△tx·c/2000，也可選擇x=c/2△f求解，其中x指的是基樁缺陷位置與傳感器之間距離大??；△t指的是速度波第一峰、缺陷反射波峰之間時(shí)間差；c指的是基礎(chǔ)樁身側(cè)得的波速；△f指的是幅頻信號(hào)曲線上缺陷相鄰諧振峰間的頻差。在難以確定樁身波速時(shí)，按照以下公式計(jì)算：c均=，ci=2 000L/△T，ci=2L·△f，其中，c均指的是基樁波速均值，ic指的是檢測(cè)第i類基樁時(shí)測(cè)得的波速均值，且要求不超過(guò)5%；L指的是測(cè)點(diǎn)下樁長(zhǎng)；△f指的是幅頻曲線上樁底相鄰諧振峰間的頻差；△T指的是速度波第一峰與樁底反射波峰間時(shí)間差；n指的是基樁數(shù)量。

2 基樁低應(yīng)變檢測(cè)方法

低應(yīng)變檢測(cè)主要用于評(píng)價(jià)基樁質(zhì)量，需要檢測(cè)人員詳細(xì)了解建筑結(jié)構(gòu)、波動(dòng)理論、土力學(xué)、地基基礎(chǔ)、信號(hào)處理、振動(dòng)測(cè)試等方面的信息。按照以下方法展開(kāi)檢測(cè)：

（1）初步工作。進(jìn)行資料搜集、現(xiàn)場(chǎng)勘探，對(duì)基樁工程有初步了解；確定抽檢數(shù)據(jù)、選擇樁位、確定檢測(cè)時(shí)間；安裝傳感器，若是實(shí)心樁，在距離基樁中心2/3半徑位置安裝傳感器；若是空心樁，需要保持傳感器、激振點(diǎn)在一個(gè)水平面，在與樁中心連接時(shí)，構(gòu)成的夾角宜為90°，在樁壁厚一半處安裝傳感器；結(jié)合樁徑大小與實(shí)際需求，在樁心對(duì)稱位置安裝3個(gè)左右傳感器的檢測(cè)點(diǎn)。

（2）激振點(diǎn)、錘擊振源確定。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，準(zhǔn)備多種類型的錘頭、錘墊，按照實(shí)際所需選??；在確定激振點(diǎn)位置時(shí)，若是實(shí)心樁，在樁中心位置設(shè)定激振點(diǎn)；若是空心樁，傳感器安裝處、激振點(diǎn)在同一水平面，保持與樁中心連線夾角不超過(guò)90°，在樁壁厚一半處布設(shè)激振點(diǎn)。還需滿足激振要求：樁面、激振方向保持垂直，激振點(diǎn)完好、平整，在激振時(shí)擯除其他影響因素，實(shí)現(xiàn)單擾動(dòng)；確保激振點(diǎn)與鋼筋籠主筋距離達(dá)標(biāo)；在激振時(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)敲擊試驗(yàn)，選擇重量適宜的激振力錘、型號(hào)契合的錘墊，在通過(guò)寬脈沖得到樁身、樁底處缺陷反射信號(hào)信息，通過(guò)窄脈沖得到樁身上部所有的缺陷反射信號(hào)。

（3）儀器參數(shù)設(shè)置。主要涉及：要求時(shí)域信號(hào)記錄時(shí)間長(zhǎng)度達(dá)到2 L/c時(shí)刻后，可適當(dāng)延續(xù)5 ms或以上，確定幅頻信號(hào)分析頻率范圍上限≥2 000 Hz；設(shè)定樁長(zhǎng)時(shí)，測(cè)定樁底至樁頂距離；在樁身截面積設(shè)定時(shí)，參考施工截面積；設(shè)定樁身波速時(shí)，可結(jié)合本地區(qū)、本次施工同種類型樁測(cè)出的測(cè)試值來(lái)加以設(shè)定；設(shè)定采樣頻率或者時(shí)間間隔時(shí)，需參考樁身、樁長(zhǎng)以及頻率分辨率等因素選擇，原則上來(lái)說(shuō)，要求時(shí)域信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)要求≥1 024點(diǎn)；結(jié)合計(jì)量檢定與后續(xù)校準(zhǔn)結(jié)果來(lái)確定所選傳感器的設(shè)定值，確保其合理、有效性。

（4）信號(hào)質(zhì)量影響因素判定。進(jìn)行信號(hào)采集、判斷，確定影響各階段信號(hào)具體質(zhì)量的相關(guān)因素，主要涉及：樁頭處理、激振能量大小、傳感器、耦合劑、應(yīng)力波傳播衰減、樁周土層、樁底土層對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響等。

（5）結(jié)果分析。在錘頭錘擊基樁后，形成激振信號(hào)，收集應(yīng)力波在樁身中傳播反射后反射到樁頂各個(gè)階段的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合波形圖中反射波、入射波的頻率、振幅、相位、波形與波的傳達(dá)時(shí)間等特征，綜合樁基施工記錄、相關(guān)地質(zhì)資料，判定樁身完整性。

3 基樁低應(yīng)變檢測(cè)方法的工程運(yùn)用

研究基樁低應(yīng)變檢測(cè)方法的工程運(yùn)用，可結(jié)合具體的案例，按照上述的方式來(lái)展開(kāi)，并就傳感器收集的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，判斷基樁整體質(zhì)量。某生產(chǎn)大樓工程采用預(yù)制管樁。工程樁總數(shù)215根，檢測(cè)樁數(shù)43根，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)26.0～40.0 m，單樁承載力特征值2 100 kN，設(shè)計(jì)樁底持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，低應(yīng)變法檢測(cè)，目的是普查樁身結(jié)構(gòu)完整性。

（1）設(shè)備選擇。檢測(cè)儀器采用RS-1616K(S)型基樁動(dòng)測(cè)儀。檢測(cè)儀器采用及現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)接見(jiàn)圖1。

圖1 基樁反射波法檢測(cè)儀器設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)接示意圖

（2）成樁情況.根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工資料，該工程樁采用樁徑為Ф500的預(yù)制管樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80。

（3）結(jié)果分析。按照以上提出的低應(yīng)變檢測(cè)法完成檢測(cè)流程，結(jié)果如表1所示。以此來(lái)得出樁基質(zhì)量結(jié)果，基樁中只有Ⅰ類樁、Ⅱ類樁，沒(méi)有Ⅲ類樁、Ⅳ類樁，代表樁體整體良好，其中I類樁是質(zhì)量最高的狀況，Ⅱ類樁只是會(huì)有輕微反射波，其他方面正常，Ⅲ類樁、Ⅳ類樁已經(jīng)有了比較明顯的質(zhì)量缺陷，不具備后續(xù)施工資質(zhì)，還需對(duì)其加以完善或者重建，如此才能避免對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。圖2、圖3分別為G5-50號(hào)樁（Ⅱ類）、G5-55號(hào)樁（Ⅰ類）檢測(cè)結(jié)果示意圖。

表1 部分基樁低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果表

圖2 樁號(hào)G5-50低應(yīng)變樁基檢測(cè)結(jié)果示意圖

圖3 樁號(hào)G5-55低應(yīng)變樁基檢測(cè)結(jié)果示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）簡(jiǎn)單概述了樁基礎(chǔ)低應(yīng)變檢測(cè)原理、方法，借助瞬態(tài)激振進(jìn)行瞬態(tài)沖擊，測(cè)得反射波信號(hào)，從曲線形態(tài)特征可以判斷阻抗變化位置而判斷缺陷的位置，為后續(xù)的工程案例實(shí)踐探究提供可靠參考。

（2）給出具體的低應(yīng)變檢測(cè)流程，建議在結(jié)合相關(guān)施工資料、記錄，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)全面勘探的基礎(chǔ)上，引入反射波來(lái)檢測(cè)基樁質(zhì)量，再收集各階段的數(shù)據(jù)信息，判斷應(yīng)力波在樁身中傳播后，反射到樁頂?shù)木唧w數(shù)據(jù)信息，評(píng)價(jià)樁身相對(duì)完整性。

（3）結(jié)合具體的生產(chǎn)大樓工程項(xiàng)目，展開(kāi)實(shí)踐探究，分析低應(yīng)變檢測(cè)的適用性、有效性，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果得出結(jié)論，在部分樁號(hào)處基樁有著輕微缺陷，但就整體而言，基樁樁身處于比較完整、可用的狀態(tài)。