隨著我國橋梁和高層建筑的發(fā)展，樁基工程越來越多的作為一種常用的基礎(chǔ)形式而被廣泛采用，目前國內(nèi)外一般首選的是應(yīng)力波反射法(錘擊波動(dòng)法)、聲波透射法其中由于低應(yīng)變法方法測(cè)試快速、簡(jiǎn)單等特點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛。

低應(yīng)變法現(xiàn)已普遍用于檢測(cè)混凝土橋樁的樁身完整性，判定樁身是否存在缺陷、缺陷的程度及其位置。經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)形成較為成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。其基本原理低應(yīng)變反射波法是以一維彈性桿平面應(yīng)力波波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的。將樁身假定為一維彈性桿件(樁長(zhǎng)>)直徑)，在樁頂錘擊力作用下，產(chǎn)生一壓縮波，沿樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯的波阻抗z變化界面時(shí)，將產(chǎn)生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗z變化決定。安裝在樁頂上的傳感器，將接收到來自樁身各個(gè)波阻抗z變化界面處反射上來的信息，經(jīng)接受放大、濾波和數(shù)據(jù)處理根據(jù)這些信息，可對(duì)樁身完整性質(zhì)量進(jìn)行分析判斷。 

低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)要點(diǎn)分析

1、樁頭處理 

在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集工作中，樁頭的處理是測(cè)試成功的第一關(guān)鍵，但在大多情況下，很多測(cè)試人員忽略了這一點(diǎn)。由于施工的原因，往往樁頭部分有素混凝土(浮漿)，這層浮漿雜質(zhì)多，有許多小蜂窩、強(qiáng)度低，對(duì)應(yīng)力波傳播衰減很快，使應(yīng)力波不能沿樁身向下傳播，所測(cè)得的時(shí)域波形不能反映樁的其實(shí)情況。有些測(cè)試人員忽略了對(duì)樁頭的處理，直接就在素混凝土(浮漿)上進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果無論怎么改變傳感器以及傳感器的安裝，無論怎么改變振源，測(cè)試信號(hào)都不理想，往往在測(cè)試信號(hào)的淺層部位存在較嚴(yán)重的反向脈沖。

樁頂條件和樁頭處理好壞直接影響測(cè)試信號(hào)的質(zhì)量，因此務(wù)必進(jìn)行樁頭處理，處理后應(yīng)保證樁頭的材質(zhì)、強(qiáng)度應(yīng)與樁身相同，樁頭的截面尺寸不宜與樁身有明顯差異；樁頂面應(yīng)平整、密實(shí)，并與樁軸線基本垂直。灌注樁應(yīng)鑿去樁頂浮漿或松散、破損部分，露出堅(jiān)硬的混凝土表面；樁頂表面應(yīng)平整干凈且無積水；妨礙正常測(cè)試的樁頂外露主筋應(yīng)割掉。對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁，當(dāng)法蘭盤與樁身混凝土之間結(jié)合緊密時(shí)，可不進(jìn)行處理，否則，應(yīng)采用電鋸將樁頭鋸平。

當(dāng)樁頭與承臺(tái)或墊層相連時(shí)，相當(dāng)于樁頭處存在很大的截面阻抗變化，對(duì)測(cè)試信號(hào)會(huì)產(chǎn)生影響。因此，測(cè)試時(shí)樁頭應(yīng)與混凝土承臺(tái)斷開；當(dāng)樁頭側(cè)面與墊層相連時(shí)，除非對(duì)測(cè)試信號(hào)沒有影響，否則應(yīng)斷開。

對(duì)低應(yīng)變動(dòng)測(cè)而言，判斷樁身阻抗相對(duì)變化的基準(zhǔn)是樁頭部位的阻抗。在處理樁頭時(shí)還應(yīng)注意不能將樁身劈裂，留下隱性裂縫，樁頭的破碎部分應(yīng)徹底清除，樁頭面應(yīng)成完整的水平面。尤其應(yīng)將敲擊點(diǎn)和傳感器安裝點(diǎn)部位磨平，如此就可避免檢測(cè)過程中產(chǎn)生虛假的信號(hào)而影響評(píng)判結(jié)果。多次錘擊信號(hào)重復(fù)性較差時(shí)，多與敲擊或安裝部位不平整有關(guān)。

2、傳感器的選擇與安裝 

傳感器是基樁反射波檢測(cè)中最基本的重要測(cè)試元件之一，它直接與被測(cè)樁相連接，將機(jī)械振動(dòng)參量換成電信號(hào)，它的性能參數(shù)的好壞，直接影響到轉(zhuǎn)換電信號(hào)的數(shù)據(jù)是否真實(shí)地反映樁本身的反射信息。傳感器與被測(cè)樁之間，應(yīng)剛性接觸為一整體，這樣的傳遞特性為最佳，測(cè)試的信號(hào)也越接近樁體表面的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。傳感器的頻率響應(yīng)特性應(yīng)能滿足不同的測(cè)試對(duì)象、不同測(cè)試目的的需要。當(dāng)檢測(cè)長(zhǎng)樁的樁端反射信息或深部缺陷時(shí)，應(yīng)選擇低頻性能好的傳感器；當(dāng)檢測(cè)短樁或樁的淺部缺陷時(shí)，應(yīng)選擇加速度器或?qū)掝l帶的速度傳感器。對(duì)實(shí)心樁的測(cè)試，傳感器安裝位置宜為距樁心2／3～3／4半徑處；對(duì)空心樁的測(cè)試，錘擊點(diǎn)與傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成90°夾角，傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1／2處。對(duì)于直徑在600mm以上的鉆孔(人工挖孔)灌注樁，應(yīng)放置2～3個(gè)傳感器，有條件時(shí)在樁上分別放置高阻尼加速度計(jì)及速度傳感器，通過對(duì)多重信號(hào)的對(duì)比分析，增加信號(hào)分析的準(zhǔn)確性。 

3、激振錘與錘擊點(diǎn)的選擇 

反射波法測(cè)樁時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備幾種錘頭，對(duì)長(zhǎng)大樁測(cè)試一般應(yīng)當(dāng)用力棒或大鐵球或擊振，其重量大、能量大、脈沖寬、頻率低、衰減小，適宜于樁底及深部缺陷的檢測(cè)，樁底及深部缺陷的信號(hào)反射較強(qiáng)烈。但由此很容易代來淺層缺陷和微小缺陷的誤判和漏判。當(dāng)根據(jù)信號(hào)發(fā)現(xiàn)淺層部位異常時(shí)，建議用小釘錘或鋼筋進(jìn)行擊振，因其重量小、能量小、脈沖窄、頻率高，可較準(zhǔn)確的確定淺層缺陷的程度和位置。 

經(jīng)常有測(cè)試人員拿把小錘去測(cè)長(zhǎng)大樁，并反映很準(zhǔn)測(cè)到樁底反射。按以上的原理，這樣的測(cè)法是不正確的。由于小錘重量小、能量小、脈沖窄、頻率高、衰減快，因此信號(hào)在樁身中傳播有可能未到樁底就衰減完或即使傳到樁底反射回來的信號(hào)也很微弱極難分辨。由此可見，用小錘測(cè)長(zhǎng)大樁，并想得到樁底反射，大多數(shù)情況下是很困難的。另外，敲擊質(zhì)量的高低將直接影響到測(cè)試結(jié)果的優(yōu)劣，要由經(jīng)驗(yàn)豐富的熟練工人來操作。在激振過程中要求落錘盡量垂直，有利于抑制質(zhì)點(diǎn)的橫向振動(dòng)；激振時(shí)盡可能短，并不要連激，防止后繼波的干擾；激振能量要適中，頻譜成份的主頻與樁身的形狀、材料的物理性質(zhì)相適配，以使應(yīng)力波得到最佳的傳播。 

低應(yīng)變檢測(cè)常用儀器

目前國內(nèi)使用較廣泛的基樁動(dòng)測(cè)儀器有：武漢中巖科技股份有限公司生產(chǎn)的RSM系列基樁動(dòng)測(cè)儀、美國的PIT等?；鶚秳?dòng)測(cè)儀在野外較惡劣環(huán)境條件下使用，因此選擇儀器既要考慮儀器的動(dòng)態(tài)性能滿足測(cè)試要求、測(cè)試軟件對(duì)實(shí)測(cè)信號(hào)的再處理功能，也要綜合考慮儀器的可靠性、維修性、安全性和經(jīng)濟(jì)性等。

低應(yīng)變反射波法的局限性

1、我們?cè)倩剡^頭來看一看一維應(yīng)力波理論成立或近似成立所需要的條件，樁頂面的敲擊點(diǎn)可視為點(diǎn)振源，它將產(chǎn)生一個(gè)半球面波，除了縱波外，還有橫波和表面波，只有傳到一定深度，球面波才能近似看作平面波，一維應(yīng)力波理論有一個(gè)重要的假設(shè)——平截面假設(shè)，假設(shè)力和速度等力學(xué)量只是深度和時(shí)間的函數(shù)。理論上講，桿的長(zhǎng)度L遠(yuǎn)大于桿的直徑d，可將其視為一維桿，實(shí)際上，如果L>10d，我們認(rèn)為可近似作為一維桿件處理；另一方面，考慮到桿的橫向慣性效應(yīng)，應(yīng)力波在桿中傳播時(shí)實(shí)際上有彌散現(xiàn)象（不同頻率分量有不同的相速），可見為使桿中一維應(yīng)力波理論近似成立，則要求λ>10，即要求入射波脈沖寬度>10d。因此，樁徑越大，要求脈沖作用時(shí)間越長(zhǎng)，越大，則一維應(yīng)力波理論越容易滿足。但是，我們知道，脈沖窄有利于缺陷位置和程度的準(zhǔn)確判斷，脈沖過寬可能會(huì)漏判或誤判缺陷，為了解決這一對(duì)矛盾，在實(shí)測(cè)中，對(duì)于大直徑的樁，建議采用不同的錘進(jìn)行試驗(yàn)，一個(gè)側(cè)重測(cè)樁下部和樁底的情況，一個(gè)側(cè)重測(cè)樁上部的情況。

2、試驗(yàn)表明，錘擊點(diǎn)和傳感器安裝位置對(duì)實(shí)測(cè)曲線有一定的影響，它包括兩個(gè)方面：一是樁頭表面混凝土的不均勻性，二是當(dāng)缺陷距離樁頂較淺（相對(duì)于較大樁徑）時(shí)。此時(shí)應(yīng)在樁頂面多選擇幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。

3、計(jì)算缺陷深度和計(jì)算樁長(zhǎng)與實(shí)際情況的差別，由于樁是非均質(zhì)材料，樁身各處的彈性波速不盡相同，設(shè)定的彈性波速與實(shí)際的平均彈性波速會(huì)有出入，一般計(jì)算缺陷深度（樁長(zhǎng)）與實(shí)際缺陷深度（樁長(zhǎng)）相差百分之幾，個(gè)別的相差百分之十幾。當(dāng)然還與測(cè)試系統(tǒng)和試驗(yàn)人員的素質(zhì)有關(guān)。

4、由于低應(yīng)變?cè)囼?yàn)不能定量計(jì)算樁底沉渣厚度，對(duì)于端承樁的嵌巖效果只能作定性判斷。另外，因嵌巖面有時(shí)出現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)向（嵌巖側(cè)摩阻力）反射波，會(huì)嚴(yán)重影響樁底反射波和樁底沉渣反射波的分析判斷。

5、當(dāng)樁中有多個(gè)缺陷時(shí)，應(yīng)力波在樁中產(chǎn)生多次反射和透射，分析起來比較復(fù)雜且不準(zhǔn)確，第二、三缺陷的判斷會(huì)有較大誤差。一般不要判斷第三個(gè)缺陷。

6、對(duì)于樁身存在裂縫特別是縱向裂縫等情況，是否為合格樁的判定問題上，低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果可能與靜載試驗(yàn)結(jié)果會(huì)有較大的差別。   

7、人工挖孔擴(kuò)底樁，底部離析與截面積增大會(huì)抵消，導(dǎo)致測(cè)試信號(hào)反映不了真實(shí)情況。

對(duì)于夯擴(kuò)樁、人工挖孔擴(kuò)底樁、鉆（沖）孔擴(kuò)底樁、沉管灌注復(fù)打樁等，應(yīng)考慮樁的截面變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，綜合分析信號(hào)曲線，確定被檢測(cè)樁的類別。必要時(shí)，可采用信號(hào)擬合分析技術(shù)輔助判斷。

8、一般來說，應(yīng)力波反射波法適用于檢測(cè)預(yù)制樁和混凝土灌注樁，但不適用于水泥攪拌樁、碎石樁、石灰樁等柔性、半柔性樁。被檢測(cè)樁的長(zhǎng)度不宜大于50m，被檢測(cè)樁的長(zhǎng)徑比不宜小于10。當(dāng)被檢測(cè)樁與墊層澆在一起時(shí)，不宜進(jìn)行檢測(cè)。

9、出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，樁身結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)應(yīng)結(jié)合其他檢測(cè)方法進(jìn)行：

（1）實(shí)測(cè)波形復(fù)雜，無規(guī)律，無法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)；

（2）對(duì)于混凝土預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力管樁，缺陷明顯且缺陷位置在接樁位置處；

（3）樁身截面漸變或多變，且變化幅度較大的混凝土灌注樁；

（4）根據(jù)施工記錄樁長(zhǎng)計(jì)算所得的樁身波速值明顯偏低，且又缺乏可靠資料驗(yàn)證。

由于各地地質(zhì)條件復(fù)雜，施工樁型較多，成樁質(zhì)量千差萬別，反射波法未必能對(duì)每根檢測(cè)樁給出檢測(cè)結(jié)果，因此，對(duì)于信號(hào)雖無異常反射，但并未測(cè)得樁底反射；實(shí)測(cè)波形無規(guī)律，無法用波動(dòng)理論進(jìn)行分析；由施工記錄給出的樁長(zhǎng)計(jì)算所得的樁身波速值明顯偏高或偏低，且又缺乏可靠資料驗(yàn)證，無法準(zhǔn)確獲得樁身質(zhì)量的全部信息，不應(yīng)勉強(qiáng)提供被檢測(cè)樁的樁身結(jié)構(gòu)完整性資料。

低應(yīng)變反射波法的評(píng)價(jià)

1、利用反射波法可判斷局部截面波阻抗變化產(chǎn)生的不連續(xù)性缺陷。

2、反射波法完整性檢測(cè)不能給出樁的承載力和樁尖段處的土體情況。

3、樁較長(zhǎng)、局部擴(kuò)徑或存在嚴(yán)重不連續(xù)裂縫時(shí)，將很難測(cè)到樁底的反射。由于在擴(kuò)徑處透射波大為減弱，因此鼓肚以下缺陷很難測(cè)到。樁底處擴(kuò)頭對(duì)信號(hào)曲線有明顯影響。

4、錘的重量、錘頭材料與幾何尺寸和樁頭處理質(zhì)量對(duì)實(shí)測(cè)曲線會(huì)產(chǎn)生明顯影響。

5、在反射波法分析中，輸入波的指向因素、聲波衰減情況和表面波都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，應(yīng)注意解決。

6、樁內(nèi)應(yīng)力波服從一維波動(dòng)傳播理論，因此分析不僅依賴于試驗(yàn)測(cè)試水平，還依賴于操作者按波動(dòng)方程分析所作的分析判斷能力。

7、應(yīng)結(jié)合合適的地質(zhì)資料來分析完整性試驗(yàn)結(jié)果和修改有關(guān)土參數(shù)。