[讨论]基桩检测中提高低应变反射波法准确性的方法探讨

摘　要：本文结合笔者多年来工作实践经验，通过对低应变反射波法在基桩检测中的应用分析，针对现场数据采集中一些值得注意的问题进行概括性总结，并提出了一些建议和方法，供同行参考。
关键词：低应变反射波法；桩身完整性；准确性影响分析
1  前言
　　基桩检测作为隐蔽工程验收的重要环节，对保证整个工程建设的安全稳定起着十分重要的作用。在各种检测方法中，反射波法目前应用最广泛、使用最便捷，理论与实践发展也比较成熟，有比较先进的仪器设备及应用分析软件。但是总体而言，基桩检测技术在我国的应用发展时间不长，许多测试方法不仅理论上不够完善，实际应用中也存在一些问题。反射波法虽然发展较快，应用广泛，但同样存在问题和缺点（局限性）。本文通过对低应变反射波法在基桩检测中的应用分析，针对现场数据采集中一些值得注意的问题,作了初步的探讨。
2  基本原理
　　基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。经接收放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可视波速和桩底反射波到达时间对桩的实际长度加以核对。
3  提高检测准确性的若干方法探讨
　　3.1 采用不同力锤对检测准确性的影响
　　应力波反射法所使用的力锤常用的有手锤、自由落锤和力棒。我们建议工作中配备不同种类的检测锤以适应不同检测长度及分析不同深度各种缺陷。经验总结得出以多种锤型对同一根桩检测后对不同效果波形进行分析，往往能够得到全面的基桩完整性检测结果且更为准确直观。资料显示，一般小锤可测出3～20m 范围的缺陷，中锤可测出5～30m 的缺陷，大锤可测出10～50m 的缺陷信号。因此尽量不要用小锤测长桩，这主要取决于小锤的能量与频率特性。反过来说，对于桩头附近的缺陷最好用小锤在桩头多取几点进行检测，大锤反而反射不明显。同时，手锤、自由落锤和力棒所用材料、锤垫厚度也影响到敲击力脉冲宽度，也就是影响力谱成分。相应的力谱宽度依次是铝头最宽，尼龙头次之，硬橡胶头最窄，这在检测中均应灵活考虑，均衡应用，需根据桩型和检测目的，选择不同材质和质量的锤头，以获得所需的激振频率和能量。
　　3.2 注意因桩头状况对检测结果准确性的影响分析
　　3.2.1 桩头清理不当对检测准确性影响
　　现场检测中，对桩头的检查应是最基本的步骤之一。很多检测波形的采集效果不理想，都是因为桩头清理不当造成。如桩头浮浆未曾彻底凿除，表面不平整，桩顶积水等等一系列问题，看似不起眼，对检测信号的影响却不能忽视。
　　3.2.2 桩头钢筋对检测准确性影响
　　由于灌注桩要考虑到承台的设置或接桩的需要，桩头均有钢筋露头。这对实测波形有一定的影响，严重时影响反射信息的识别。主要原因是桩头激振时，钢筋所产生的回声极易被检波器接收，之后又与反射波叠加到一起。这时，采集到的波形变得极为复杂，给处理带来难度。相关规程中也严格规定，远离钢筋50mm 外安置传感器。
　　3.2.3 桩头破损对检测准确性影响
　　桩头破损原因较多，预制桩、灌注桩两种类型的桩头均可发生。但其共同的特点就是导致桩头出现损坏或表面松散，弹性波能量很快衰减，从而削弱了桩体及桩底反射信号，影响到波形的识别。
　　总之，桩头损坏、平整性差、未清理到位等均可能给检测结果带来负面影响，建议在检测前务必检查桩顶，不符合检测条件的要进行铲除，达到要求后进行检测。
3.3  重视测桩盲区的研究
　　当桩顶受到锤击或敲击时，其锤击能量在桩土系统中沿深度传递过程为波动，下行的压力波遇到桩身阻抗有变化和桩侧阻力都要产生上行的应力反射波。桩顶受点振源锤击扰动后，最初形成的波动区，靠近桩顶部分形成半球面波，传播不满足平面假定。同时下行的压力波和上行的阻力波、桩身阻抗变化反射波比较，占有更大优势，下行压力波往往掩盖了上行波。桩顶部形成这种现象的区段就是测桩盲区。
　　对低应变而言1～1.5D（D为桩直径）或大约<5m的桩长范围内易为测试盲区。处理方法最好是采用更轻更小的锤多次击振采集信号，对实心桩的测试，击振点位置应选择在桩的中心；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，击振点位置宜在桩壁厚的1/2 处。必要时增加测点数目，以判定浅部缺陷，再用大锤敲出桩底反射波，二者结合，综合判定。
3.4  如果采集到振荡波形，应分析产生原因及消除方法
　　低应变法检测桩身结构完整性，波形采集过程中极易出现振荡波。首先应考虑的是传感器接收是否符合规定要求，即桩顶处理完毕、传感器位置选择准确、粘贴紧密。其中，传感器位置务必按规范要求，安置于距桩中心1/2～2/3 倍半径处，因这种位置干扰最小，同时，粘接剂弹性太好或太厚或安装不牢靠也都是产生振荡波的原因。其次，激振能量要适当。经验显示，以能见桩底反射为前提，使桩周参加振动的土体尽量少，减小对波形的干扰。因此，土愈好，桩愈长，应采用大锤敲击，反之，用小锤敲击。最后，不要忘记桩顶钢筋的干扰因素和周围环境的电磁干扰。
4  存在问题和建议
　　通过以上若干问题的浅析，为了使低应变反射波法在实践应用中提高准确性，特建议如下：
　　1）.建议在工程检测中重视每个检测细节，包括桩头处理情况、传感器安装、激发点的位置、激发的能量、激发的脉冲宽度、仪器参数的设置等等，尤其是针对检测中桩头处的钢筋影响，可采取必要的传感器屏蔽措施，浅部缺陷（盲区）应考虑采用横向激振和水平速度型传感器接收等技术方法来提高可靠性。
　　2）.建议在更多的检测中引入声波透射法和低应变法结合应用，尽管声波透射法材料和费用同低应变法比较相对较高，前期准备复杂，一定程度上限制了声波透射方法的应用，但对于低应变检测中的复杂波形、无规律、多缺陷等情况，两者结合才能使误判减到最少。
　　3）.建议对长大钻孔灌注桩检测中，应结合设计桩型、成桩工艺、地质资料、施工记录进行综合分析，准确判断桩身完整性，以免误判。对特长桩不宜用低应变反射波方法检测完整性。
　　4）.低应变反射波法对缺陷的类型目前仍无法准确定性（尤其裂隙曲线无明显特征）、缺陷的程度尚不能定量分析、阻抗渐变类型的缺陷易误判、桩身存在多个缺陷时或桩形不规则造成反射波叠加不易解释等，在遇到上述问题时要慎重分析，尽可能地分类，而且加强验证。
5  结语
　　总之，基桩检测的目的是查明桩身结构的完整性，判断桩身缺陷及其位置，以便对桩身缺陷进行必要的补救，排除事故隐患。同时，低应变反射波法也是一项实践性很强的检测技术，尽管从理论到实践应用都在逐步成熟，但我们更有必要在应用中不断积累总结，共同交流提高。　　
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