 |
 |
|
協(xié)會刊物
|
應(yīng)力波反射法檢測樁身完整性應(yīng)注意的問題 |
| |
時間日期：2008-7-4 已被閱讀次：[9113] |
佛山市建筑工程質(zhì)量檢測站 丁江澍
[摘 要] 本文針對應(yīng)力波反射法檢測樁身完整性過程中常遇到傳感器安裝與選擇、激
振器選擇及信號采集等問題進行探討，并提出了解決這些問題的辦法和建議。
[關(guān)鍵詞] 應(yīng)力波反射法 檢測 完整性
1 前言
隨著城市建筑物和道路建設(shè)的高速發(fā)展,工程質(zhì)量問題已擺到十分重要的地位。我國70
％～80％的基礎(chǔ)工程均采用樁基礎(chǔ)工程。由于施工態(tài)度和工藝流程等多種原因, 會造成樁身
不完整，如斷樁、縮頸等，從而降低樁的承載力，嚴重時將危及建筑物的安全。因此，檢測
樁身完整性即如何測定缺陷的位置，并準確的對其進行評價成為樁基質(zhì)量檢測的一個核心問
題。目前,樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量(主要指樁身完整性)的檢查一般采用應(yīng)力波反射法。應(yīng)力波反射
法是樁基無破損檢測中的一種較好的方法，同時又是近年來發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的一種方
法,已被列入相關(guān)規(guī)范。
2 應(yīng)力波反射法檢測樁身完整性的基本原理[1]
應(yīng)力波發(fā)射法檢測樁身完整性的基本原理是：通過在樁頂施加激振措施產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)
力波沿樁身傳播過程中遇到不連續(xù)界面（如蜂窩、夾泥、孔洞及斷裂等缺陷）和樁底時，將
產(chǎn)生反射波，通過分析反射波波形特征來判斷樁身的完整性。其現(xiàn)場測試示意圖見圖1所示
。2 檢測中應(yīng)注意的問題
2.1 樁頭的處理
一般來說，要求鑿除樁頂?shù)母{和松散部分，暴露出堅硬部分,特別是錘擊點和安裝傳
感器的部位要求堅實、平整。樁頭處理不好，浮漿厚或者是表面看是較好的混凝土，由于進
行樁頭處理過程中受到震動使內(nèi)部會產(chǎn)生裂縫而又未被除去，這樣檢測儀器接收的信號會顯
示淺部存在缺陷，造成誤判。對于灌注樁，在進行樁頭處理時，需將樁頭打至露出新鮮骨料
為止，且測點須用電動砂輪打磨，以便安裝傳感器，測點處不得留有任何缺陷，測點位置宜
為位于距樁心2/3倍樁徑左右，以消除表面波對所采集信號的干擾，這點對大直徑灌注樁特
別重要。
2.2 傳感器的安裝與選擇
傳感器的安裝方式不同，其測試信號亦不同，安裝不好，極大地降低安裝諧振頻率或調(diào)
制信號不好，容易造成誤判。從振動測量的角度而言，傳感器必須牢固地安裝在樁頂上,可
用環(huán)氧樹脂粘接或用沖擊電鉆鉆洞后將傳感器插入孔中。通常是采用石膏、橡皮泥、黃油等
直接把傳感器粘貼在樁頂上。采用橡皮泥安裝,不能太厚,否則極易形成樁頂信號的反沖。對
于灌注樁，樁頂平整度較差，為能在現(xiàn)場測試既快、又可靠地安裝傳感器，可采用石膏抹平
樁頭安裝面，然后用黃油把傳感器粘貼在樁頭上。這樣處理一般既可以很好地測到樁底反射
，又可以有效的消除樁頂信號的反沖。
傳感器是接收樁內(nèi)反射波信號的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的好壞直接影響采集信號的可靠性。
目前應(yīng)用較廣泛的有速度型和加速度型兩種傳感器。不同類型傳感器的頻率信號接收的效果
不同。選擇時應(yīng)選用量程范圍寬、諧振頻率較高、且阻尼特性好、頻率相應(yīng)范圍寬、靈敏度
較好的傳感器。
2.3 激振器的選擇
目前最常應(yīng)用的激振器是以手錘為主。激振的目的是在樁頂產(chǎn)生一個輸入信號，即入射
應(yīng)力波，不同頻率的應(yīng)力波，在沿樁身傳播的過程中衰減程度不同，一般而言，高頻振源在
樁土系統(tǒng)阻尼作用下衰減很快，低頻振源則緩慢一些，但傳播相對較深。因此，實際檢測時
，常用改變錘的大小、形狀、材質(zhì)以及在樁頭增加墊層等方法，來達到產(chǎn)生不同頻率成分和
能量的應(yīng)力波。對長樁、大直徑樁，宜選用脈沖較寬的激振源及較高的沖擊能量；對小樁或
缺陷部位較淺的樁最好選用帶塑料錘頭的小鐵錘效果較好。在實測時，應(yīng)注意根據(jù)不同類型
、不同材質(zhì)的樁選用不同的激錘，經(jīng)多次激振采集，并及時對反射波進行初步分析，判斷其
缺陷部位和性質(zhì)，方可找到適合測試對象的沖擊方式。當初步判斷缺陷較淺時，選用激錘的
質(zhì)量可輕一些；當初步判斷缺陷較深時，選用激錘的質(zhì)量可重一些。對直徑大、樁身長、柱
底土層較硬的樁，激振能量可稍大一點，宜選用重錘輕擊的方式，“一錘定音”往往容易誤
判，不可取。
2.4 信號采集問題
一般來說，對采集短樁或長樁中的淺部缺陷反射波時，時間間隔可小一點；而采集長樁
的樁底及深部缺陷反射波時，采樣時間間隔可長一點。對同一根樁，也可采用改變采樣時間
的方法，對樁身不同部位進行檢測判斷。檢測中把能否見到樁底反射作為信號好壞，或用來
作為判斷樁身是否完整的唯一標準，并不十分準確，因為不能測到明顯的樁底反射有多種原
因，可能是樁身混凝土強度較低或沖擊能量不足造成的；也可能是由于樁端持力層強度大于
或接近樁身強度造成的；樁側(cè)土阻力和樁底面沒有明顯的波阻抗差異，也可導(dǎo)致找不到樁底
反射。因此檢測時，應(yīng)盡可能的在現(xiàn)場多采集幾組具有代表性強、波形規(guī)律基本一致的有效
波形進行存盤，即使這樣，采集到的信號在分析時，有時還需要進一步進行技術(shù)處理。例如
進行數(shù)字濾波，將干擾波除去；樁底反射較弱時，還要進行指數(shù)增益等，才能獲得較理想的
波形，以便正確分析判斷。真實信號的采集是反射波法成功與否關(guān)鍵的一步，否則就失去了
檢測的意義。
2.5 測試盲區(qū)問題
反射波法的盲區(qū)一般在樁頂面以下2m范圍內(nèi)，這主要是傳感器的頻帶寬度造成。理論上
傳感器的頻帶寬度最好是0～∞Hz，但實際上現(xiàn)行傳感器頻率是有頻帶寬度的，加速度傳感
器頻帶寬度一般為幾赫茲～6000Hz；速度傳感器頻帶寬度一般為十幾赫茲～1000 Hz。通過
換算可知淺層缺陷所致系統(tǒng)固有頻率為：
fb=[n＋arctgλb/π]＊c/2b (n=1,2……）（1）
式中：
λb－缺陷程度系數(shù)（λb→0表示斷樁，λb→∞表示擴徑）；
b－缺陷至樁頂?shù)木嚯x（m）；
c－混凝土一維波速（m/s）。
因此，假設(shè)一斷樁，缺陷距樁頂1m，樁身波速為3500 m/s，根據(jù)（1）式算得其一階頻
率為1750Hz，已超出速度傳感器的頻帶寬度。所以就應(yīng)力波反射法測試盲區(qū)而言，應(yīng)少用速
度傳感器，而改用加速度傳感器要好的多。
2.6 尺寸效應(yīng)問題
應(yīng)力波反射法是建立在一維桿縱波理論基礎(chǔ)上的，一維桿縱波理論的前提是激振脈沖的
波長λ與被檢測樁的半徑 R 之比應(yīng)足夠大（λ/R≥10），否則平截面假設(shè)不成立，即一維
縱波沿桿傳播問題轉(zhuǎn)變成應(yīng)力波沿具有一定橫向尺寸柱體傳播的三維問題。另一方面，激振
脈沖的波長與樁長之比又必須比較小，否則樁身的運動更接近剛體，波動狀不明顯，從而對
準確探測樁身缺陷位置產(chǎn)生不利影響。顯然，樁的橫向、縱向尺寸與激振脈沖波長的關(guān)系本
身就是一對矛盾體，這在大直徑樁和淺部存在嚴重缺陷的樁的實際檢測中尤為突出。根據(jù)筆
者經(jīng)驗，短而粗的混凝土灌注樁建議采用其他方法檢測樁身完整性比較好。
4 結(jié)論
應(yīng)力波反射法檢測樁身完整性具有省時、快捷、簡便及經(jīng)濟等優(yōu)點，對其現(xiàn)有技術(shù)普及
和推廣在保證樁基工程質(zhì)量、加快施工進度等方面起到積極的作用。但實測過程中應(yīng)在詳細
了解施工情況和當?shù)氐刭|(zhì)技術(shù)資料等后，再選定合理的測試方法，正確選用激振器和激振方
式，在測試過程中，應(yīng)對信號進行合理的技術(shù)處理，去偽存真，然后運用科學(xué)的理論，結(jié)合
豐富的實踐經(jīng)驗進行分析判斷，才能得出與實際相符的檢測結(jié)果。
參考文獻
[1] 陳凡，徐天平，陳久照，關(guān)立軍編著.基樁質(zhì)量檢測技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出
版社，2003
|
|
|
|
|
|
 |
