一、適用范圍
1.低應(yīng)變反射波法是目前國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的一種基樁無(wú)損檢測(cè)方法，它籍一維彈性波動(dòng)理論對(duì)實(shí)測(cè)樁頂速度或加速度響應(yīng)信號(hào)的時(shí)、頻域特征來(lái)分析判定被檢樁的樁身完整性，其中包括樁身存在的缺陷位置及其影響程度、樁端與持力層的結(jié)合狀況。
根據(jù)一維彈性桿件波動(dòng)理論，對(duì)由樁頂錘擊產(chǎn)生的下行壓縮波來(lái)說(shuō)，當(dāng)樁身某處波阻抗發(fā)生變化時(shí)將產(chǎn)生上行反射波。從廣義講，在某一樁截面處波阻抗的降低，則表現(xiàn)為反射波與入射波的相位相同，如夾波、離析、縮徑甚至斷裂等；反之則表現(xiàn)為相位相反，如擴(kuò)徑等，因此，僅僅通過(guò)反射波的相位特征來(lái)判定樁身缺陷的具體類型具有一定的困難。另外，盡管目前國(guó)內(nèi)外一些研究單位和廠家推出的反射波時(shí)域曲線擬合軟件，但對(duì)樁身及其受地基土的作用難以給出可信度較高的定量分析結(jié)果，只能采用近似模擬方法。因此，本辦法在應(yīng)用中尚需結(jié)合巖土給出地質(zhì)合施工技術(shù)資料，通過(guò)綜合分析來(lái)對(duì)樁身和樁端存在的缺陷及其類型和影響程度作出定性判定。
2.由于其樁身反射信號(hào)復(fù)雜和樁端反射不易識(shí)別，依據(jù)一維桿件中的彈性波理論，本辦法即不能應(yīng)用于水泥土樁等非剛性材料樁，也不能用于混凝土竹節(jié)樁等異型剛性材料樁。
3.在樁頂受到低能量錘擊的作用下，低應(yīng)變彈性波在樁中傳播至樁端，并反射回樁頂被傳感器所接受。人們既可利用時(shí)域信號(hào)中的樁端反射時(shí)間來(lái)計(jì)算波在樁中的傳播速度，也可利用該場(chǎng)地被檢樁的平均波速來(lái)估算樁的長(zhǎng)度。但由于樁身材料和地基土的阻尼及輻射阻尼效應(yīng)，波的能量將隨著傳播距離的曾大而衰減，當(dāng)被檢樁超過(guò)一定的長(zhǎng)度后，不易側(cè)得清晰易辯的深部樁身缺陷和樁端反射波，因此本辦法檢測(cè)受到了一定的限制。另外，樁端反射波的可辯性除受樁的長(zhǎng)徑比控制外，還與樁側(cè)土的彈性模量或波速的高低密切相關(guān)，故新規(guī)程未對(duì)樁的長(zhǎng)徑比做具體的定量規(guī)定。
對(duì)于嵌巖樁，由于樁端嵌入基巖之中，往往存在有樁材料與基巖廣義波阻抗相接近的情況，使得在時(shí)域曲線上樁端反射不明顯或基本無(wú)法識(shí)別，這時(shí)就應(yīng)結(jié)合巖土工程勘察資料和實(shí)測(cè)時(shí)域曲線來(lái)判斷樁端嵌固情況。
二、檢測(cè)儀器與設(shè)備
1.基樁動(dòng)側(cè)儀是用于沖擊或震動(dòng)荷載作用下，對(duì)工程樁的樁身質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試分析的儀器，應(yīng)具備蹭益高、噪音低、頻帶寬的特點(diǎn)。提到的放大增益應(yīng)大于60dB，折合到輸入端的噪音低于3 dB的要求。
2.傳感器是安裝在被檢樁頂面用以接受樁身和樁端反射波信號(hào)的重要器件，其性能評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)為頻響特性、穩(wěn)定性、量程、靈敏度等。速度傳感器由于生產(chǎn)工藝等方面的原因，其高頻響應(yīng)受到限制，動(dòng)測(cè)時(shí)傳感器的安裝剛度會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的諧振，使傳感器的可測(cè)范圍變窄而影響檢測(cè)效果。目前基樁動(dòng)測(cè)所使用的傳感器主要是壓電式加速度傳感器，它無(wú)論從頻響還是輸出特性方面均有較大的優(yōu)點(diǎn)，更適合與低應(yīng)變反射波法測(cè)樁。
3.激振設(shè)備的材料及激振能量應(yīng)綜合考慮到被檢樁的類型及檢測(cè)目的。當(dāng)檢測(cè)短樁或樁身淺部缺陷時(shí)，沖擊脈沖的有效高頻分量宜選擇2kHz左右，采用剛性好且脈沖寬度在1ms左右的鐵錘，或銅錘激振，便可滿足檢測(cè)要求。若采用輕捶激發(fā)高頻信號(hào)檢測(cè)樁土阻尼大的長(zhǎng)樁或大直徑樁，則樁身深部缺陷或樁端反射信號(hào)必然太弱，其真實(shí)信號(hào)將被噪聲所淹沒(méi)，因此一般采用數(shù)十至數(shù)百千克質(zhì)量的力棒和鐵球激振，其產(chǎn)生的波能量大、脈沖寬、衰減小、反射強(qiáng)，以便正確的判別樁身的完整性和樁端的質(zhì)量狀態(tài)。
三、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)
1.被檢樁頂面條件的好壞直接影響著測(cè)試信號(hào)的質(zhì)量和對(duì)樁身完整性判定的準(zhǔn)確性，因此，要求被檢樁頂面的混凝土質(zhì)量、截面尺寸應(yīng)與樁身設(shè)計(jì)條件的基本相同。由于混凝土灌注樁在灌注中樁頂或多或少存在一些低強(qiáng)度的浮漿，將直接影響到傳感器的安裝以及錘擊所產(chǎn)生的彈性波在樁頂部位的傳播，因此檢測(cè)前必須予以清理干凈，以露出堅(jiān)硬的混凝土表面為準(zhǔn)，檢測(cè)前將被檢樁頂部與相連的墊層或承臺(tái)斷開(kāi)，避免因墊層或承臺(tái)造成波的散射使實(shí)測(cè)波形復(fù)雜化，影響對(duì)被檢樁完整性得分析和判斷。
混凝土灌注樁成樁后過(guò)早地對(duì)其盡享低應(yīng)變動(dòng)測(cè)，將會(huì)因樁身混凝土強(qiáng)度低造成波速明顯偏低及樁身內(nèi)部材料阻尼和樁側(cè)土的輻射阻尼偏高，因此難以得到清晰易辯的深部缺陷和樁端反射信號(hào)，從而不能滿足測(cè)試條件要求，混凝土灌注樁的檢測(cè)宜在成樁14天后進(jìn)行。對(duì)于打入或靜壓式混凝土預(yù)制樁，大部分采用接樁的形式。在同一承臺(tái)相鄰承臺(tái)的打樁或壓樁過(guò)程中，會(huì)對(duì)周?chē)a(chǎn)生不同程度的擠土影響，嚴(yán)重的將會(huì)引起土體隆起或接樁部位脫焊，因此，應(yīng)在樁基施工完后再進(jìn)行完整性檢測(cè)。
2.為了能獲得高質(zhì)量檢測(cè)信號(hào)，對(duì)傳感器的安裝提出了具體要求；傳感器越輕，與樁頂表面安裝的越貼近，接觸剛度越大，所側(cè)得的振動(dòng)信號(hào)越接近于樁頂表面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)，因此，傳感器的安裝技巧以及粘合劑的合理選擇在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作中至關(guān)重要。稠度低的黃油、油性橡皮泥、粘性低的口香糖、顆粒粗的粘土以及調(diào)得過(guò)干或過(guò)稀的石膏均不能使用，更不得采用受按住傳感器的方法景象檢測(cè)，避免由此產(chǎn)生實(shí)測(cè)信號(hào)的嚴(yán)重寄生振蕩而不能真實(shí)地反映樁身質(zhì)量的實(shí)際信息。特別應(yīng)該提出的是，傳感器應(yīng)在原理鋼筋籠主筋處安裝，以減少外露主筋振動(dòng)或晃動(dòng)對(duì)測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生干擾。當(dāng)確認(rèn)周?chē)摻罨\對(duì)信號(hào)存在干擾時(shí)，應(yīng)將鋼筋截除后再進(jìn)行檢測(cè)。
對(duì)于直徑大且樁身短的混凝土灌注樁，要求在樁中心激振，而將傳感器安裝于樁的1/2-2/3半徑處，是因?yàn)榇颂幱杉ふ褚鸬谋砻娌◤臉秱?cè)來(lái)回反射產(chǎn)生的干擾信號(hào)為最??；而規(guī)定測(cè)點(diǎn)數(shù)隨被檢樁直徑的增大而增多，主要是為了避免樁頂面材料不均勻所產(chǎn)生的不利影響及樁身可能存在局部缺陷的遺漏。
在這里特別應(yīng)指出的是，由于公路工程基樁的直徑一般較大，在測(cè)試分析中應(yīng)充分考慮到傳感器和激振點(diǎn)之間的距離給波速計(jì)算帶來(lái)的誤差。根據(jù)近年來(lái)許多學(xué)者的研究表明，當(dāng)傳感器和激振點(diǎn)距離大于200mm時(shí)，存在實(shí)測(cè)時(shí)差?T''。以一根直徑為1500mm,長(zhǎng)度為12.6m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25的鉆孔灌注樁為例，當(dāng)取傳感器與激振點(diǎn)間距離為300mm，400mm，500mm，600mm時(shí)，實(shí)測(cè)時(shí)差分別為0.1ms，0.2ms，0.35ms和0.5 ms，也就是說(shuō)波速分別提高了1.4%，2.8%，5.0%和7.3%，相應(yīng)的缺陷位置的計(jì)算深度也分別提高了0.17m，0.34m，0.60m，和0.85m。因此，當(dāng)激振點(diǎn)與接收點(diǎn)距離大于200 mm時(shí)，實(shí)測(cè)波速和缺陷位置應(yīng)進(jìn)行修正。時(shí)差?T''可以通過(guò)計(jì)算兩次S<200mm時(shí)實(shí)測(cè)時(shí)程之差來(lái)求得。
3.用錘擊方式激振時(shí)，可以通過(guò)改變激振錘的重量及錘頭材料，來(lái)改變初始入射波的脈沖寬度或頻率成分。剛度較小的重錘，入射波脈沖較寬，含低頻成分較多，加上激振能量較大，彈性波衰減較慢，適合于獲取樁長(zhǎng)深部缺陷或樁端反射信號(hào)；剛度較大的輕錘，入射波脈沖較窄，高頻成分較多，若激振能量較小，更適合于樁身淺部缺陷的識(shí)別及定位。
4.隨著樁徑的增大，樁身混凝土在截面和深度方向上的不均勻性均會(huì)增加，樁淺部的阻抗變化往往表現(xiàn)明顯的方向性，增加樁頂測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，可以使檢測(cè)結(jié)果更全面地反映出樁身完整性的整體情況；新規(guī)程規(guī)定在每個(gè)測(cè)點(diǎn)重復(fù)檢測(cè)次數(shù)不宜少于3次，旨在確認(rèn)檢測(cè)信號(hào)的一至性并提高有效信號(hào)的信噪比；應(yīng)合理地選擇測(cè)試系統(tǒng)尤其是傳感器的量程范圍，避免其過(guò)載削波而影響檢測(cè)分析結(jié)果。
四、檢測(cè)數(shù)據(jù)分析與判定
目前用低應(yīng)變反射波法判別樁身完整性，主要是以時(shí)域波形為主、頻域分析為輔。解釋時(shí)域波形的先決條件是其含有樁身以及樁端質(zhì)量信息的響應(yīng)，這樣才能正確地分析樁身的缺陷、求取樁身的波速以及估算樁身的強(qiáng)度是否符合設(shè)計(jì)要求。
由于多種干擾成分的存在，時(shí)域信號(hào)通常須采用濾波和平滑處理來(lái)突出其中的有效信息，而不恰當(dāng)?shù)臑V波往往會(huì)導(dǎo)致漏判和波形畸變。當(dāng)時(shí)域信號(hào)一致差或干擾嚴(yán)重時(shí)，可結(jié)合頻域曲線相鄰諧振峰所對(duì)應(yīng)的頻率差來(lái)進(jìn)行缺陷估判。
為了判斷被檢樁的質(zhì)量和推算缺陷的位置，首先應(yīng)利用一定數(shù)量完整樁的反射波波形獲取同一工地的樁身波速平均值。應(yīng)該指出的是，雖然樁身波速與混凝土強(qiáng)度等級(jí)之間有一定的相關(guān)性（混凝土強(qiáng)度高，則其波速相對(duì)也高），但由于混凝土的集料、砂粒成分、粒徑、水灰比以及成樁工藝等多種影響因素，其規(guī)律各不相同，至今仍未找出混凝土強(qiáng)度與波速二者之間普通適用且可靠的定量關(guān)系，因此，新規(guī)程沒(méi)有規(guī)定用實(shí)測(cè)樁身波速來(lái)推算混凝土材料強(qiáng)度的具體方法。
同一工地完整樁樁身波速平均值的準(zhǔn)確取值，是檢測(cè)分析樁身質(zhì)量和樁身缺陷的可靠前提。當(dāng)某根樁露出地面且具有一定高度時(shí)，可沿樁長(zhǎng)方向且滿足量測(cè)精度要求的間隔距離安置兩個(gè)振動(dòng)傳感器，測(cè)出該樁段的波速值，并可作為該樁波速的參考取值；當(dāng)無(wú)法獲取本工地實(shí)測(cè)樁身平均波速時(shí)，可按類似工程的檢測(cè)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)取值初步分析判定被檢樁的樁身缺陷。
用實(shí)測(cè)信號(hào)的頻譜曲線輔助分析被檢樁的完整性時(shí)，當(dāng)樁側(cè)土與樁身材料彈性模量或波速比差別較大時(shí)，會(huì)使樁端第一與第二諧振峰的頻率明顯的比后續(xù)的偏小，導(dǎo)致所計(jì)算出的樁身波速與時(shí)域法計(jì)算的結(jié)果不一致。因此，式Ci=2L×△f(Ci-第i根樁的樁身波速計(jì)算值m/s;L-完整樁樁長(zhǎng)m;△f-幅頻曲線樁端相鄰諧振峰間的頻差Hz，計(jì)算時(shí)不宜取第一與第二峰)中的△f一般不宜有樁端第一與第二諧振峰的頻率來(lái)計(jì)算，而應(yīng)盡可能地采用更高階的相鄰諧振峰頻率。
對(duì)樁身時(shí)域反射信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)。位于淺部、中部樁身截面阻抗突變型的段樁、嚴(yán)重離析和縮徑等缺陷是容易識(shí)別的。而實(shí)際工程中，往往由于工程地質(zhì)條件和施工工藝的原因，樁身某處沿深度會(huì)逐漸緩慢的增大或縮小，在某一深度處又以突變的方式恢復(fù)到設(shè)計(jì)尺寸。實(shí)測(cè)信號(hào)對(duì)緩變截面變化的反應(yīng)不甚敏感，而對(duì)突變型截面變化反應(yīng)敏感，因此容易將突變特征信號(hào)造成對(duì)樁身的質(zhì)量類別的誤判，對(duì)此必須引起注意。
對(duì)于公路工程中大量使用的嵌巖灌注樁，從理論上講可以用低應(yīng)變反射波法有效地檢測(cè)出樁端的嵌巖質(zhì)量，既在樁端波形呈反相反射時(shí)，則認(rèn)為嵌巖狀況良好，反之則認(rèn)為在樁端處存在低劣混凝土或沉渣的可能性較大，或者存在較弱夾層或巖溶孔洞等。實(shí)際檢測(cè)中，當(dāng)嵌巖樁樁端出現(xiàn)較強(qiáng)的同相反射波，應(yīng)采用頻域曲線的嵌固系數(shù)輔助分析，結(jié)合巖土工程勘察和施工資料進(jìn)行綜合判斷，必要時(shí)采用其他有效的方法進(jìn)行核檢，以確保樁基礎(chǔ)工程使用的安全性。
判別I類型的重要標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)測(cè)時(shí)域信號(hào)規(guī)則和樁端反射清晰易辯，振幅諧相鄰峰間隔△f基本相等，同時(shí)滿足△f =c/2L。另外應(yīng)指出的是，在分析樁的時(shí)域信號(hào)時(shí)，可能存在的反射波應(yīng)區(qū)分出是由樁身波阻抗變化或缺陷引起的還是由樁側(cè)土的分層交界面引起的。一般來(lái)說(shuō)若樁身截面和質(zhì)量沿深度方向的均勻性好，則由樁側(cè)土分層交界面引起的反射波是不強(qiáng)烈的。因此，在分析中應(yīng)綜合考慮多方面的因素，以避免將完整樁誤判為缺陷樁。
由于工程地質(zhì)或施工工藝等原因，有些樁在時(shí)域曲線中反映為反向的擴(kuò)徑特征，甚至可見(jiàn)到二次同相反射，并且從施工記錄中得到驗(yàn)證，次類樁一般不應(yīng)視為有缺陷，應(yīng)判為基本完整的II類樁。
對(duì)于缺陷樁，其實(shí)測(cè)時(shí)域波形和頻域曲線均呈現(xiàn)出一定程度的復(fù)雜性，當(dāng)樁身截面形狀和材料均勻性沿深度的變化嚴(yán)重時(shí)更是如此。判別樁身存在嚴(yán)重缺陷的主要依據(jù)是在實(shí)測(cè)時(shí)域波形上樁身某處的反射波強(qiáng)烈，并拌有多次反射，一般情況無(wú)法識(shí)別樁端反射信號(hào)。
從實(shí)際工程應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)缺陷的類型、位置及其嚴(yán)重程度均被較為準(zhǔn)確地判定后，它對(duì)樁的工程性狀會(huì)產(chǎn)生怎么樣的影響以及如何處理的問(wèn)題也就相對(duì)地容易解決了。本辦法對(duì)被檢樁的質(zhì)量類型進(jìn)行判定，目的就是為了向工程設(shè)計(jì)人員提供樁身缺陷的一個(gè)綜合影響評(píng)判指標(biāo)。然而，由于低應(yīng)變反射波法固有的局限性，現(xiàn)實(shí)尚難以較為準(zhǔn)確地檢測(cè)出缺陷的類型及其嚴(yán)重程度，因而新規(guī)程對(duì)樁身質(zhì)量類型的判定結(jié)合仍具有一定程度的不確定性，在工程應(yīng)用中對(duì)此應(yīng)予以注意。
對(duì)樁身反射信號(hào)，有的是真正的樁身缺陷，但也有的是由土層分層介面和樁身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。從目前的工程實(shí)踐來(lái)看，僅運(yùn)用本方法較為準(zhǔn)確地判定出引起樁身反射的確切原因還是有一定的困難。目前通常是根據(jù)反射波信號(hào)峰值的大小來(lái)判定樁身缺陷的程度，它除受缺陷程度高低的影響外，還與樁側(cè)土性質(zhì)及缺陷所處的深度有關(guān)，相同程度的缺陷因樁測(cè)土性或埋深不同，其反射波峰值的大小存在明顯的差異，因此，如何正確判定樁身缺陷的嚴(yán)重程度并確定屬何類質(zhì)量的樁，應(yīng)仔細(xì)認(rèn)真對(duì)照設(shè)計(jì)樁型、工程地質(zhì)條件和施工情況等進(jìn)行綜合分析判斷。不僅如此，缺陷樁的類別劃分還應(yīng)結(jié)合基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)型式對(duì)樁的沉降和承載力的要求，考慮樁身缺陷引發(fā)樁身結(jié)構(gòu)破壞可能性的大小，不宜單憑測(cè)試信號(hào)定論。如果對(duì)缺陷程度和質(zhì)量類別的判別確有困難，除了進(jìn)行復(fù)測(cè)以確認(rèn)曲線的真實(shí)性外，還應(yīng)及時(shí)與委托單位聯(lián)系，以采用其他有效方法進(jìn)一步驗(yàn)證。
本方法依據(jù)時(shí)域曲線的樁端反射時(shí)間和已知樁長(zhǎng)開(kāi)估算整樁的混凝土波速，或采用樁身波速平均值來(lái)估算某一根樁的樁長(zhǎng)并判定是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。盡管某一波速平均值不能代表工地中某一根樁的真實(shí)波速，但對(duì)樁型和施工工藝相同的、同一工地中的一批樁，用波速平均值估算樁長(zhǎng)并作為判定是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求是目前較為簡(jiǎn)便且較為可信的方法。在公路橋梁的施工中，尤其是嵌巖樁實(shí)際樁長(zhǎng)的評(píng)估尤為重要。因此，在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)樁長(zhǎng)估算值與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)明顯不符時(shí)，必須盡享復(fù)測(cè)直至采用鉆孔取芯法在樁身混凝土中取芯驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 甘幼琛，單樁靜載試驗(yàn)中的隨機(jī)性和模糊性問(wèn)題（上），《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》高級(jí)研討班論文，1995.6
［2］ 劉興錄，樁基工程與動(dòng)測(cè)技術(shù)200問(wèn)，1998
?。?］ 公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程，2004
