關于低應變反射波法測試樁基完整性的幾點建議

孫志峰

(西南交通大學土木工程學院，四川成都610031)

1.低應變反射波法測試的基本原理

    樁基工程的低應變測試方法因其測試速度快、費用低、設備輕、適應性強等優點，在工程測試中被廣泛應用。低應變測試中，反射波法是一種常見的方法。反射波法是以應力波在樁身中的傳播及反射特征為理論基礎的一種方法。該方法假定樁為連續彈性的一維均質桿件，并且不考慮樁周土體對樁身傳播的應力波的影響，其基本原理是在樁頂豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，當遇見樁身存在明顯阻抗差異或樁身截面發生較大變化的界面時產生反射波，通過對反射信息的數據收集、處理及分析，判定樁身缺陷的性質和位置。

2.低應變反射波法測試的局限性低應變反射波法的主要局限性有：

    (1)測試前的樁頭準備工作較為繁瑣。

    (2)在截面漸變的桿件中傳播的縱波不產生反射波，僅會發生波的彌散，因而漸變擴徑后的尺寸恢復容易誤判為縮頸。

    (3)在樁頂和樁底出現的缺陷識別比較困難。在樁頂附近較強的入射波可能掩蓋較弱缺陷引起的反射波；而在樁底處，尤其是嵌巖樁，樁底反射波可能和缺陷反射波發生疊加，給判別帶來很大難度。

    (4)上層較大的缺陷會掩蓋下層缺陷。這是由于應力波在上層較大缺陷界面反射時，會產生多次反射，致使應力波向下傳播能量急劇衰減，下層缺陷界面反射波信號難以接收，所以很難得到到下部缺陷的反射波信號。

    (5)不能測試出平行于樁軸線的垂直裂隙。

    (6)低應變法測試樁長及混凝土強度有一定的難度，多根據經驗確定。

    (7)無法對缺陷及程度進行準確定性和定量。對于縮徑與離析、嚴重離析和斷樁、夾層與裂縫不能很好地區分，進一步確定缺陷的性質需要結合其它測試手段；對缺陷的位置及其缺陷程度的定量分析不夠準確。

    (8)長徑比超過一定限度的樁、淺部缺陷或太小的缺陷，反射波法無法正確測試。現有的測試理論和技術都難以解決這些問題，高頻信號傳下去，測試范圍有限；低頻信號分辨率不夠，容易形成繞射、漏判缺陷等。

    (9)受樁周土阻抗的干擾較大。尤其是在土阻抗發生劇烈變化時容易引起誤判。

3.低應變測試過程中的注意事項

    盡管低應變法測試有一定局限性，但只要測試過程中盡量減小局限性的影響，該方法仍不失為一種好方法。通過結合筆者在實際測試過程中的經驗，提出以下幾點建議。

    3.1測試前準備工作

    (1)首先把握好測試時間。一般而言，灌注樁應在樁身混凝土達到齡期后進行。特殊情況下可依據樁長適當調整測試時間，但必須確保樁身混凝土的強度達到一定值，能實現應力波在樁身內的傳播。對于打入樁，一般在打入后一周左右進行，這樣有利于獲得樁底反射。

    (2)樁頭的處理是實施測試的必要條件。首先挖出樁頭，鑿去樁頂浮漿或松散、破損部分，露出堅硬的且大致平整混凝土表面，然后對安裝傳感器部位和激振部位進行打磨處理。

    (3)實心樁的激振點宜選擇在樁頭中心部位，傳感器應粘貼在距樁中心約2R／3處。因為敲擊產生的應力波除向下縱向傳播外，也會沿徑向向周邊傳播，即產生面波。面波及面波引起的反射波會對縱波發生干擾，給數據分析及處理帶來一定影響。理論和實踐表明，2R／3處波的干擾最小，縱波最能真實反應樁身質量。空心樁的激振點及傳感器的安裝位置應選擇在樁壁厚1／2處且應在同一平面上，與樁中心的連線形成的夾角約為90o此外，激振點及傳感器安裝位置不應距離鋼筋太近，以免鋼筋對測試信號產生干擾。

    (4)傳感器應粘貼牢固，保證有足夠的粘貼強度。注意要保證傳感器安裝位置干燥無積水。常用的耦合劑有黃油、口香糖等。此外，牙膏也是不錯的選擇，購買及使用非常方便。

    (5)最后，還應收集施工資料、現場地勘資料等，為后續的數據分析及處理提供參考。

    3.2現場測試技術要點

    (1)首先根據經驗進行參數設置。通過對前幾根樁應力進行多次測試后確定合適的參數進行大范圍的測試。

    (2)應準備至少兩種錘頭，尼龍質和銅質錘頭。先由頻率較大的尼龍質錘頭確定樁底，再由頻率較小的銅質錘頭確定淺部是否存在缺陷。當入射波出現雙峰時，必須用頻率小的錘頭敲擊才能得到真實反應淺部缺陷的實測信號。

    (3)敲擊時要保證每次沖擊力均勻且垂直于樁頭表面，這樣可以有效減小面波的干擾，另外還需避免二次敲擊。

    (4)每個測試頻率一般至少得到3條測試曲線，當確定測試得到的曲線一致性較好時方可保存。現場測試時需對曲線的異常情況及時分析判斷，對存在異常情況的樁反復測試，獲得真實反應樁身質量的測試曲線。

    (5)保證測試過程中場地內無其他較大的振動干擾。

    3.3測試及數據分析過程中異常情況的處理

    (1)測試時發現入射波后緊跟一個反相很大的波形時，可能是由于傳感器粘貼不夠牢固，或激振點與傳感器安裝位置過近，或樁頭混凝土存在軟弱夾層所致。可以采用排除法解決。

    (2)測試時發現入射波存在畸變或雙峰情況，可能是敲擊方式或樁頭淺部存在缺陷所致。可以注意調整敲擊方式并采用頻率較小的錘頭測試驗證。

    (3)對于嵌巖樁，不會出現明顯的樁底反射。若出現明顯的樁底反射，則樁底可能存在嚴重缺陷，可參考該場地同一批次的其他樁基測試信號進行分析。必要時(如樁長較短的端承樁)須結合其他方法(如鉆芯)進行驗證，確保樁身質量。

    (4)對于已經確認淺部存在缺陷的樁，在施工單位鑿掉淺部缺陷后再測試一次，避免淺部缺陷反射干擾下部缺陷的反射，確保樁身下部質量。

    (5)在進行數據處理時，要結合施工資料、地勘資料進行分析。

4.結論

    綜上所述，盡管低應變反射波法因其自身理論的局限性導致在實際測試過程存在很多不足，但只要通過深入分析，盡量減小其局限性的影響，低應變法在樁身質量測試中仍具有很大的準確性。如何進一步發揮其優點，減小其局限性的影響，使得低應變法更好地服務工程建設，是每個從事樁基測試工作人員需要考慮的一個問題。

參考文獻

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[2]李志成，高喬明．樁基礎試驗[M]．北京：中國林業出版社，2001．

[3]祝龍根，劉利民，耿乃興．地基基礎測試新技術[M]．北京：機械工業出版社．2002．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 溫紅娟 尹維維 編輯  文徑 審核)