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低应变反射波法基桩完整性检测邱海(广西水电科学研究院,广西南宁530021)二拼报应宾爪粼渡法是目贡比校常用的一种基桩检洲方法 丈章介绍了低应史反扮波法侧桩的基本原班和在工粗宾城中睦常刻的月林拼决方朱同时持了长应史反扮渡法的局队与改进方法 (钾脚场桩;幼!动妙;∀仲困必幼,hU473.1沈傲拐饭砚扒文班幼.11674一肠州姗)2一咖5刁3
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∀低应变反射波法%是荷兰应用科学研究中心国家委员会和法国建筑与民用工程试验中心于20世纪70年代研究出来的一种基桩检测方法,这种方法具有野外采集数据快速&方便,信号分析简单&精确,费用低廉等优点,因此其在1995年被我国批准为推荐性行业标准,并被编人基桩低应变动力检测规程∋,是目前我国桩基础低应变动力检测使用最为普遍的方法 但是,在工程实践中发现:该方法在实际应用中尚存在许多问题,应引起注意和重视,否则将对基桩完整性检测结果产生很大的影响 1低应变反射波法的基本原理低应变反射波法将桩体视为一维弹性杆件(桩长>直径),且介质均匀连续 在桩顶瞬态敲击作用下,产生一弹性波,沿桩身向下传播,在传播过程中如果遇到桩身波阻抗z明显变化界面(如桩底&断桩&离析&扩径&缩径等)时,将会产生反射波和透射波,反射波的相位和幅值大小由波阻抗Z变化大小决定 通过安装在桩顶上的传感器,将接收到来自桩身各个波阻抗Z变化界面处反射回来的信息,根据这些信息,可对桩身完整性进行分析和判断 桩身波阻抗z由桩的横截面积A&桩身材料密度p等决定,如式(l) Z二 CxpxA(l)式(l)中:C(弹性波在桩体中的传播速度;p(桩体密度;A(桩截面积 假设在桩体中某处存在一波阻抗变化界面,界面上部波阻抗21二e,xp:x^:,下部波阻抗 Z=e:xpZxAZ )当2.城时,表示桩身截面均匀,无缺陷 ∗当21>乙时,表示反射波与人射波同相位,桩身在相应位置上存在缩径或混凝土质t较差等缺陷,即弹性波由硬材料向软材料传播 +当Zl场时,表示反射波与入射波反相位,桩身在相应位置上存在扩径等问题,即弹性波由软材料向硬材料传播 当桩身某部位出现缺陷时,可根据传感器接收的缺陷位t反射波所需要的时间,t和桩身传播速度C来推算缺陷位!L:L二, txC12(2)2低应变反射波法侧桩的建议2.1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 对低应变而言,判断桩身阻抗相对变化的基准是桩头部位的阻抗 但是,在现场信号采集工作中,往往会有很多测试人员忽略了这一点 由于施工的原因,桩头往往会存在一层厚厚的素混凝土(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及其安装,以及改变振源,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 一般情况下,灌注桩应凿去桩I作者简介∃年海(1982一),男,任职于广西水电科学研究院 45顶素混凝土(浮浆)或松散&破损部分,并露出坚硬的混凝土表面(通常以露出含粗骨料的新鲜混凝土面为止),桩顶表面应平整干净,无积水,而且击振点和传感器安装点要尽量处在同一水平面上 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 对实心桩的测试,传感器安装位置宜为距桩心劝一3/4半径处;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l龙处 传感器安装方法:传感器必须通过藕合剂垂直与桩面猫接,勃结层应尽可能薄;必要时可采用冲击钻打孔安装方式,但传感器安装面应与桩顶面紧密接触 激振点与传感器安装点尽量远离钢筋笼的主筋,其目的是减少外露主筋振动对测试产生干扰信号 若外落主筋过长,影响正常测试,应将其割短 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 有的测试人员为了测试简便,经常少用藕合剂或不用祸合剂,致使祸合剂的作用减少或消失,导致测试信号振荡很明显,不利于对基桩的分析判断,这样是不可取的 2.3安装面&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尼处 选择多个安装面和击振点非常必要 浅部缺陷反射的应力波大小与敲击点和安装点很有关系,当发现浅部有缺陷时,应尽童在各个方位测试一下 多点选择还有利于排除邻近安装与敲击点的局部微小缺陷和其他因素引起的干扰 大多数情况下,现场测试时,最好选择2个以上安装面,桩头较差或信号不一致时更应如此 振源对测试效果的影响也很大,一般来说.对长大桩测试一般应当用力棒或大铁球击振,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,适宜于桩底及深部缺陷的检测 但由此很容易引起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,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,可较准确地确定浅层缺陷的程度和位置 经常有测试人员以把小锤来测长大桩,并反映很难测到桩底反射 按以上原理,这种的测法是不正确的 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的 24传感器的影响目前,大多数测试人员在对基桩进行低应变反射波法测试时选用速度或加速度传感器 其中,速度计在低频段的幅频特性和相频特性较差,在信号采集过程中,因击振激发其安装谐振频率而产生寄生振荡,容易采集到具有振荡的波形曲线,对浅层缺陷反应不是很明显 同速度计相比,加速度计无论是在频响特性还是输出特性方面均具有巨大优势,并且它还具有高灵敏度的优点,因此用高灵敏度加速度计测试所采集到的波形曲线没有振荡,缺陷反应明显 所以,笔者建议在对基桩进行低应变反射波法检侧时,宜优先选用高灵敏度的加速度计检测 2.5桩周土层的影响在对基桩进行低应变反射波法检侧时,−要充分考虑到桩周土层对所采集波形曲线的影响 检测人员往往只注意到桩身波阻抗变化造成的信号反射,而忽略了应力波在桩身中传播时,不仅受到桩身材料&刚度及缺陷的形响,还受到桩周土层土的弹性模量大小的影响 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t处产生类似扩径的反射波,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t处产生类似缩径的反射波 如果不考虑桩周土对采集波形曲线的影响,不了解桩侧的地质情况,容易对基桩产生误判 笔者建议在分析过程中,结合地质情况,对同一区域的基桩进行分析比较,不要对某一根桩进行单独分析 2.6波形指数放大的优缺点在现场采集信号过程中,经常会遇到桩底没有反射信号或反射信号不明显的情况,这时就需要考虑波形指数放大功能 它可以确保在桩头信号不削波的情况下,使桩底部信号得以清晰地显现出来 有些测试人员认为它使波形失真,过分突出了桩深部的缺陷 这种观点有一定的道理,过分的指数放大甚至有可能人为地造出一个桩底反射,但是如果结合原始波形,适当地对波形进行指数放大,作为显示深部缺陷和桩底的一种手段,它还是一种非常有用的功能 2.7滤波的影响滤波是波形分析处理的重要手段之一 滤波主要是对采集的原始信号进行加工处理,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 2.8联线接头及信号线的保护仪器与传感器之间通过联线进行连接,接头部位是最容易出问题的地方 无论是传感器接头&信号线接头和电源线接头,都存在硬软交接现象,一般均通过焊接&硅胶和线卡固定,但承重能力和抗折拉能力较差,因此这些部位在加强衔接的同时.实际使用过程中,应尽量避免承重和大力折拉,转场46时应用手握住传感器,因为如果将传感器吊在半空,极容易导致接头处脱落 对信号线应重点保护接头,自身的老化和折拉变形会严重降低其寿命和使用的可靠性 贮存和装箱时信号线不应长期处于折拉状态,也不应长期与易腐蚀物质相处,沾上泥砂&盐碱&污演应及时清洗,而在现场侧试时,还应尽量避免大力牵拉和甩动信号线;为防止行人拌动,信号线接头部的前端务必固定 一旦出现绝缘电阻降低或接触不良以至无法使用的信号线最好弃旧购新 对于速度计而言,普通(橡胶外套含双屏蔽的)音频线可以代用 配合加速度计必须购买低噪声电缆线,接头也必须用专门工具安装,非常麻烦 因此,现场保护联线和接头十分重要 但在实际使用过程中,一些检侧人员忽略了对联线和接头的保护,往往造成信号线的损坏,然后自行联接信号线,并用普通电工用黑纱布进行包摘 实测结果表明,在潮湿地区它们均存在严重的干扰,拆开后发现,绝大部分被包箍的线头均存在不同程度的锈蚀,这说明普通电工纱布不能防水,因而在野外工程试验中不能起到较好的绝缘作用 因此,单纯用这类纱布包线不合适,甚至适得其反 正确的处理办法是选用防水绝缘胶布包艳连接部位 正确的接线方式应当如下:)挥好芯线和屏蔽线,各自裹数层绝缘防水胶布 ∗在二线的外边,屏蔽层未达到的部位包一层锡箱纸,然后再用防水胶和黑纱布推紧 +通过打结或其他办法处理,提高连接处的抗拉能力 低噪声电缆线连接更加麻烦,一般尽t不要增加中间环节,一根线连接到底最好 式,而依据施工桩长计算波速的办法存在很多具体问题,因此缺陷位置的判断仍只能保证10%的误差 .长径比太小或超过一定限度的桩&极浅部,应力波反射法无法正确测t 现有的测试理论和技术都难以解决这些问题 高频信号传不下去,测试范围有限;低频信号分辨率不够,容易形成绕射,漏判缺陷等 /桩身存在多个缺陷时,深部缺陷容易误判 为了准确地分析桩身缺陷,测试与处理完成后有必要做如下工作:)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 预制桩&人工挖孔桩不可能缩颈,许多质量事故都发生在流水处或地层变化处,急剧变化的地层本身也会产生回波等 查看地质资料对确定缺陷部位&排除地层影响很有必要 ∗利用定量分析软件帮助对基桩缺陷程度的判定 虽然定量分析本身尚有许多欠缺,但由于它分析了应力波在桩身传播的详细过程,只要桩土参数选取合理,绝对比人们仅凭肉眼判断缺陷程度和多个缺陷来得合理 +综合分析同一工程的所有被测桩 单独分析一根桩,不能全面衡t整个工程情况,有时非常危险 同一工地的地质和施工状态大多相似,寻找各被测桩之间的共性,再分析每一根桩的情况是提高分析效果的有效手段 有条件的单位甚至可以在每个工程施工时,监督打下一按严格要求施工的标准桩,用于校核各种分析用数据,提高分析准确性
