有关基桩反射波法检测技术的探讨

2022-09-10

随着国民经济的飞速发展, 我国工程建设项目日益增多, 工程桩的应用越来越普及, 因此基桩质量的检测越来越重要。作为基桩完整性检测的常规手段, 低应变反射波法在我国有多年的发展历史并已纳入国家的规范, 由于此种方法具有应用范围广、检测量大、野外数据采集快速、方便、费用低廉等优点, 因此其被众多的检测单位所采纳与使用。但是反射波法也存在一些不可回避的问题, 如测试盲区、理论模型局限、桩侧土阻力影响、检测有效深度、桩身的频响特性、微裂缝影响等等, 此外反射波法是依据波形直观判读的经验法, 在实际工程桩检测中容易出现误判, 因此它又是相对准确程度不够高的一种检测方法。

1 基本原理

一维波动方程是反射波法的理论基础。假设桩为一维弹性杆件, 桩长为L, 横截面积为A, 弹性模量为E, 质量密度为ρ, 桩的弹性波速为C (C2=E/ρ) , 如不考虑桩周土阻力的影响, 可得到桩的一维波动方程:

设桩顶为自由表面的桩, 在X (X

式中:Vr为反射波, β为桩身结构完整性系数。

2 测试技术

2.1 桩头的处理

在现场信号采集工作中, 桩头的处理是测试成功的第一关键。由于施工的原因, 往往桩头部分有素混凝土 (浮浆) , 有些测试人员忽略了对桩头的处理, 直接就在素混凝土 (浮浆) 上进行测试, 结果无论怎么改变传感器以及传感器的安装, 怎么改变振源, 测试信号都不理想, 往往在测试信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲。

2.2 传感器的安装

传感器的安装对现场信号的采集影响较大, 理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大, 传递特性越好, 测试信号也越接近桩面的质点振动。

传感器的安装必须通过藕合剂垂直与桩面粘接。几种较常用的藕合剂: (1) 黄油:粘性好, 经济实用, 但较脏; (2) 橡皮泥:对于桩头湿的情况下粘结性较好; (3) 牙膏:干净方便。传感器是否安装好, 可用手指轻弹传感器侧面, 若传感器纹丝不动则说明已经安装好。

2.3 击振点及击振方式的选择

击振信号的强弱对现场信号的采集同样影响较大, 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。

对长桩测试一般应当用力棒或大锤击振, 其重量大、能量大、脉冲宽、频率低、衰减小, 桩底及深部缺陷的信号反射较强烈, 但由此很容易带来浅层缺陷和微小缺陷的误判和漏判。当根据信号发现浅层部位异常时, 宜用小锤击振, 因其重量小、能量小、脉冲窄、频率高, 可较准确的确定浅层缺陷的程度和位置。

对某些大直径桩 (桩径大于800mm) , 由于弥散现象和横向惯性现象的影响, 时域曲线通常会有干扰波。把传感器的安装点和锤击点选择在桩顶的靠边位置, 两者保持一定距离, 并选用软质锤头的手锤或力棒, 换若干个点检测, 可有效减少干扰影响。

2.4 波形指数放大和滤波的影响

在现场信号采集过程中, 桩底反射信号不明显的情况经常发生, 结合原始波形, 适当地对波形进行指数放大, 可以作为显示深部缺陷和桩底的一种手段;但是过分的指数放大会使波形失真, 甚至有可能人为地造出一个桩底反射, 造成误判。

滤波是波形分析处理的重要手段之一, 是对采集的原始信号进行加工处理, 它是为了将测试信号中无用的或次要成分的波滤除掉, 使波形更容易分析判断, 在实际工作中, 多采用低通滤波, 而低通滤波频率上限的选择尤为重要, 选择过低, 容易掩盖浅层缺陷, 选择过高, 起不到滤波的作用。

3 局限性与改进分析方法

3.1 低应变反射波法的局限性

(1) 仅测出波阻抗的相对变化, 可以区分缩径类与扩径类, 也可以计算缺陷位置, 但却不能确定缺陷性质、方位。如当桩底位置有同向反射波时, 很难确定究竟是桩底沉渣、嵌岩效果差、桩底持力层破碎、还是桩端持力层的正常反映, 因为这几种情况下反射波的反射性状都相同。对于扩底桩, 由于截面积增大, 这部分阻抗的增大往往也容易掩盖扩大头部分的缺陷。

(2) 缺陷程度的定量分析很难达到理想效果, 目前只能将缺陷程度定性给出。由于理论模型的局限, 未考虑衰减效应和土阻力效应等, 反射波法只能依据缺陷的幅值凭经验对缺陷的程度作出判断, 导致准确性不足。

(3) 对长径比超过一定限度的桩、极浅部或太小的缺陷, 低应变反射波法无法正确测量。高频信号传不下去, 测试范围有限, 低频信号分辨率不够, 容易漏判缺陷。浅部缺陷的问题是低应变动测的一个盲区, 缺陷反射波与冲击入射波相叠加, 反射波被掩盖在入射波中, 给检测结果分析带来困难。当桩身浅部有缺陷时, 应把有缺陷的那部分桩头打掉再复测, 以保证检测质量。

(4) 若桩身存在多个缺陷时, 深部缺陷容易误判。对于多缺陷的桩, 应力波在各缺陷界面来回多次反射, 且每通过一次缺陷界面都有能量损失, 叠加后的实测波形变得复杂而难以分析。因此, 对于上部存在明显缺陷的桩, 不宜对下部桩身完整性进行评判。

3.2 改进分析方法

(1) 结合地质资料、施工记录分析基桩完整性。桩型、施工工艺对基桩的完整性以及缺陷类型影响很大。如:预制桩、人工挖孔桩不可能缩径;许多的缺陷或质量事故都发生在流水处或地层变化处;地层变化对波形也会产生影响 (会产生反射波) 等等。因此查看地质资料、了解施工记录对确定缺陷位置及类型有很好的帮助。

(2) 利用定量分析软件对基桩缺陷程度的判定。虽然定量分析软件本身存在一些不足, 但它分析了应力波在桩身传播的详细过程, 只要桩周土的参数选择合理, 它的作用远远大于我们凭肉眼对波形缺陷程度的判断。

(3) 综合分析同一工程的所有被测桩。同一工程的地质和施工状况大致相同, 通过寻找被测桩之间的共性, 再来分析每一根桩的情况, 往往能有效的提高分析效果。有时仅仅分析一根桩, 而不对整个工程的情况进行了解, 很容易产生判断错误。

(4) 注意与其他检测方法配合使用。由于基桩反射波法自身的局限性, 只能用作桩身结构完整性的普查, 在实际检测中, 应结合抽芯、静载和高应变动力试验进行比对和验证, 以提高检测的准确性, 保证工程质量。

4 结语

反射波法因其仪器轻便、方法直观、效率高、成本低等优点, 在桩身完整性检测方面有着其他方法无可比拟的优势, 但是由于它理论和方法上的局限性, 只能用于桩身质量的普查。作为工程检测人员, 必须对反射波法的测试技术及其局限性有充分的了解和认识, 在工程实践中不断总结积累经验, 才能充分利用好反射波法的长处, 提高检测的准确性, 更好地为工程建设服务。

摘要：随着基桩反射波法检测技术发展速度, 很快占据了桩身完整性检测方法的主导地位。本文从反射波法的原理出发, 对基桩反射波法检测技术及其局限性等进行探讨。

关键词：基桩,反射波法,检测技术,局限性