浅谈低应变反射波在桥梁桩基检测中应注意的问题

2015-10-21张利周晓莉

建筑工程技术与设计 2015年29期

张利周晓莉

摘要：由于桩能将上部结构的荷载传到深层稳定土层中去，从而减少基础的沉降和建筑的不均匀沉降，桩基在桥梁工程中被大量采用。基桩检测作为隐蔽工程验收重要环节，对保证整个工程的安全稳定起着十分重要作用。特别是基桩低应变检测方法，具有野外数据采集快速、方便；测试资料分析简单、精确；理论与实践发展比较成熟，费用低廉、对桩身无损坏等优点，被众多检测单位所采纳与使用。

关键词：基本原理管桩测试方式选择局限性

一、低应变发射波法的基本原理。

把基桩视为一维杆体，由于桩顶受激振而产生的应力波沿桩身以波速C向下传播，应力波通过桩阻抗z变化界面时（如缩径、夹异物、混凝土离析或扩径），一部分应力波产生反射向上传播，由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射波信号，并由测桩仪进行信号放大等处理后，得到加速度时程曲线。根据这些信息，可对桩身完整性质量进行分析判断。

桩身波阻抗Z由桩的横截面积A、桩身材料密度ρ等决定，如式（1）。

Z = ρ C A （1）

假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面，界面上部波阻抗Z1=ρ1C1A1，上部波阻抗Z2=ρ2C2A2。

① 当Z1 =Z2时，表示桩截面均匀，无缺陷。

② 当Z1 >Z2时，表示在相应位置存在截面缩小或砼质量较差等缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致。

③ 当Z1

当桩身存在缺陷时，根据缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值△t和桩身传播速度C来推算缺陷位置Lx，如式（2）。

Lx = △t·C / 2 （2）

二、低应变反射波法在实践中应注意的问题

1、桩头的处理

桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。一般情况下，桩头的处理以露出新鲜含骨料混凝土面为止，桩头应平整，干净，可以由施工方用切磨机处理锤击点和传感器安装点。桩基周围的碎片应清理干净，桩头上不应留有未清除干净的砂浆层，以保证桩头混凝土质量、截面尺寸与桩身混凝土设计条件基本等同。检查方法是，用铁锤在桩头上和桩头侧面敲打，凭声音可以判断桩头是否已经处理好。一般来讲混凝土强度越高，声音越清脆，混凝土强度越低，声音越沉闷。

2、传感器的安装

传感器的安装对现场信号采集影响很大，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。

根据桩径大小，桩心对称布置2～4个安装传感器的检测点。对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心1/2～2/3半径处，且距离桩主筋不宜小于50mm；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，传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。

传感器的安装必须通过藕合剂垂直与桩面粘接，耦合剂宜少量，能黏住传感器即可。下面介绍两种较常用的藕合剂：①黄油，黄油的粘性好，采集的信号最好②牙膏③橡皮泥，市场上有些橡皮泥粘性弹性均较差，应注意甄别。采用黄油和牙膏作为耦合剂，桩头安装点须经过打磨，否则，很难粘牢。橡皮泥对桩头处理的要求不高，不像黄油和牙膏那么敏感，但采集信号也较差。

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，对实心桩测试，击振点位置应选择在桩的中心；对空心桩测试，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。

对长大桩测试一般应当用力棒或大铁锤，必要时，在锤击点垫上橡皮垫。其重量大、能量大、脉冲宽、频率低、衰减小，适宜于桩底及深部缺陷的检测，桩底及深部缺陷的信号反射较强烈。但由此很容易代来浅层缺陷和微小缺陷的误判和漏判。若用小铁锤去测长大桩时，一般很难测到桩底反射。由于小锤重量小、能量小、脉冲窄、频率高、衰减快，因此信号在桩身中传播有可能未到桩底就衰减完或即使传到桩底反射回来的信号也很微弱极难分辨。由此可见，用小锤测长大桩，并想得到桩底反射，大多数情况下是很困难。当根据信号发现浅层部位异常时，建议用小钉锤或钢筋进行击振，因其重量小、能量小、脉冲窄、频率高，可较准确确定浅层缺陷程度和位置。

对于预应力空心管桩测试，一般情况下，用小锤就可以测出比较理想的波形的。若现场测试时忘记带小锤了，用石頭、直径28mm的钢筋，木头柄，也可以敲击出基本满意的图形。但仅限于预应力空心管桩，对于砼灌注桩就不适用了。

4、桩周土层的影响

在对基桩进行低应变反射波法测试时，要充分考虑到桩周土层对所采集波形曲线影响。当桩周土从软土层变化到硬土层时，采集的波形曲线会在相应位置处产生类似扩径反射波，而当桩周土从硬土层变化到软土层时，采集的波形曲线会在相应位置处产生类似缩径反射波。如果不考虑桩周土对采集波形曲线影响，不了解桩侧地质情况，容易对基桩产生误判。

5、仪器自动触发信号或不触发信号

有时，在检测中会碰到仪器自动触发信号或不触发信号。以武汉岩土公司PDF-204低应变仪为例。1、自动触发信号，先检查传感器是否安装牢固，再拔插传感器接头，拔掉和插上传感器接头都自动采用，说明低应变仪有故障。拔掉传感器接头后，按采样键不触发信号，插上传感器接头后，按采样键后自动触发信号，说明传感器信号线短路。2、不触发信号，同样先检查传感器是否安装牢固，按采样键，再插拔传感器信号线接头，还是不触发信号，说明低应变仪器电量不足或有故障，插拔传感器信号线接头能触发信号，说明传感器连接线没问题，传感器可能损害。

三、低应变反射波法的局限性与改进分析方法

低应变反射波法的局限性：

1、不适用变直径桩的检测。

2、仅测出波阻抗相对变化，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。

3、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。

4、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，容易漏判缺陷等等。

5、若桩身存在多个缺陷时，深部缺陷容易误判。

为了准确分析桩身缺陷，有必要：

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。

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共性，再来分析每一根桩情况，往往能有效提高分析效果。有时仅分析一根桩，而不对整个工程情况进行了解，容易判断错误。

四、结束语