基桩低应变检测过程常见问题
1、基本原理
反射波法又叫应力波法,是以手锤或力棒等激震装置撞击桩顶,产生一纵向应力波信号沿桩身传播,由传感器(速度型或加速度型)拾取桩身缺陷及不同界面的反射信号,再通过一系列分析处理来判定桩身质量。由于该方法受外界环境、人员素质等多种因素影响,采集到的信号往往是包含多种频率成分的动态信号,所以应针对桩基检测的各个步骤采取相应的措施和手段,来获取桩身响应的真实信号。低应变反射波法桩基检测可分为两个阶段:现场采集数据阶段和室内数据分析处理阶段。
2、现场数据采集
2.1 桩头处理
桩基测试依据的信号是由偶合在桩顶的传感器接收到的响应信号,所以桩头处理是取得结果的关键。在测试前,应认真清理桩头浮浆及破碎部分,直到露出新鲜混凝土界面,且要求桩头有一定的强度,至少应在成桩后8~15天方可检测。
2.2 传感器的选择及安装
桩土体系的自振频率是由体系的质量和刚度决定的。在质量一定的情况下,刚度越大,则体系的自振频率越高;刚度越小则体系的自振频率越低。在刚度一定的情况下,质量越大,则体系的自振频率越低;质量越小则体系的自振频率越高。目前,在反射波法测试中,应用速度计和加速度计都取得了良好的测试效果。加速度计的频带宽,高频特性较好;速度计的频带窄,但低频特性较好。在现场测试时,应视具体工程、具体场合选用不同的传感器,以期及时取得良好的曲线。通常在短桩、小直径桩检测时采用加速度计,发现浅部缺陷,减少浅部“盲区”;在大直径、长桩的检测中采用速度计,取得深部缺陷及良好的桩底反射信号。但在实际工程中,宜将两种传感器配合使用,以弥补不足。并可采用速度计进行普检,对有怀疑的桩采用加速度计配合检测,进行曲线对比,作出评判。安装传感器时,应当使传感器纵轴线与桩纵轴线相平行,保证传感器与桩顶平面垂直,使接收到的纵波信号无畸变。传感器与桩顶的偶合应采用熟石膏粉、橡皮泥、黄油等粘合剂,使传感器与桩顶严密合为一体,以免产生振动杂波。
2.3 激震方式的选择
理论和实践都证明,不同的激励方式将产生不同的效果。桩身中各处的响应是由于激振而产生的,激振不仅要产生一个具有一定能量的应力波沿桩身传递,更重要的是要考虑其激振力的脉冲宽度。一般来讲激振能量与脉宽取决于激振工具的重量、外形尺寸、锤头材料及打击力度,因为这些参数决定力脉冲作用时间。作用时间越短促,其力脉冲时间越窄,所含的高频成分越丰富;反之作用时间越长,其能量将主要集中在低频范围,认识这一点是正确把握激振的关键。如铁锤敲击桩顶激发的脉冲窄而尖,其激发频率相对较高,对于检测短桩及发现浅部缺陷有好处;尼龙锤或橡皮锤或木锤激发的脉冲宽而低,激发频率相对较低,对于发现深部缺陷及长桩桩底反射有好处。所以,在检测过程中应根据不同的目的选用不同材质、不同重量的锤击震。
2.4 滤波技术
目前在桩基检测中滤波技术应用*多,尤以低通滤波为先。对干扰杂波较丰富的曲线,使用滤波手段会取得令人欣喜的效果。通常根据频域中的频率成分的存在,采取不同的滤波手段。一般对于短桩、小直径桩采用的低通滤波值较高;而对于长桩、大直径桩采用的低通滤波值较低,这样可使桩身的响应曲线更为明显。
2.5 曲线放大
目前在桩基检测放大技术中有线性放大和指数放大两种手段。线性放大可使细小的缺陷明显,而指数放大则可使各反射面相对明显,各有千秋。线性放大对于缺陷定量化有好处,而指数放大有时会使曲线畸变。通常采用线性放大使不明显的反射线性增大,了解缺陷程度,应用指数放大来定性分析不明显的界面反射。
2.6 缺陷处信号重复反射问题的认别
如果缺陷存在的部位位于一半桩长以内,则会产生二次反射叠加于曲线上,对这个问题应当认真区分否则会产生误判。一般来说,缺陷处重复反射的信号具有等时距的特点。如果存在反射界面等时距的现象,则就有重复反射的可能。
3、工程实例
3.1人工挖孔桩护壁对实测波形的影响
某厂集体宿舍采用人工挖孔桩，桩径为l000mm，设计桩长为10.0m，护壁每段高约1.0m。反射波实测波形约在1.3m开始有周期性振荡，但是可以明显见到桩底反射。由于判定的缺陷深度在浅部，于是，我们建议工地对该桩缺陷进行凿除处理，然后重测，进一步对该缺陷以下部位进行完整性普查。该工地甲方和施工方给予了积极的配合，但凿到判断的缺陷位置仍未发现有离析、蜂窝等缺陷出现，而发现在其附近位置恰好为护壁接壤处，且桩身垂直剖面呈梯形。此时，对该桩凿平打磨后重测，浅部没有缺陷反射波，由此可确定
一次检测的周期性反射波由护壁引起。
3.2竖向裂纹对实测波形的影响
某大桥改造工程，基础仍利用原基础钻孔灌注桩，桩径1200mm，为了解这些旧桩的桩身完整性，采用反射波法进行完整性普查，普查中发现有部分桩动测曲线凌乱无规律，初步判断为浅部缺陷，引起缺陷的具体类型未能确定。在进行动测的同时，我中心对这些旧桩进行抽芯取样，以了解其砼强度。在抽芯取样过程中，发现这3根桩芯样竖向裂开，桩头经彻底冲洗干净后，可见竖向裂纹横贯整桩截面。后来发现动测曲线凌乱的桩均有此现象，据我们推测，竖向裂纹可能是因拆除旧桥时采用定向爆破而产生。于是我们建议对这些桩再向下凿除2m后重测，重测结果显示浅部的缺陷问题消失了，桩底反射清晰，动测效果十分理想。
3.3浅部横向裂纹对测试波形的影响
某厂房工程，采用预应力管桩，桩径为400mm，在进行反射波测试时，发现靠路边高出地面1.3m的桩浅部断裂。为进一步查明该桩的完整性，在施工方的配合下，锯去断裂部分重测，从曲线上分析，在1.2m仍存在裂纹缺陷。但值得注意的是，开挖并对该部位洗净后，并未发现有裂纹存在，距桩头 1.5m以上部位全部清洗干净后，问题终于显露出来，实际上裂纹是在距桩头仅 0.3m处。
3.4土阻力对实测波形的影响
某厂采用预应力管桩 ，桩径300mm，设计桩长15m，自上而下地层情况为：①素填土，②粉质粘土，③粉土。该工地动测 21根桩，无论我们使用 lkg的尼龙头小手锤，还是使用15kg重的力棒，均未能得到较理想的桩底反射。沙头某花园也采用预应力管桩，桩径 500mm，设计桩长42m，地层自上而下为：①素填土，②粉质粘土，③淤泥质土，④粉砂，⑤淤泥质土，⑥砾砂，⑦砾砂混卵石，⑧强风化泥质粉砂岩。2007年 11月，现场对该工地的其中5根桩进行反射波法动测，从动测曲线看，桩底反射清晰明显 。通过这两个工地对比可以看出，虽然低应变冲击能量小，所激发桩周土阻力很小，但桩周土阻力特别是动土阻力对应力波传播的影响非常，导致应力波迅速衰减。
3.5人为因素的影响
某公司办公楼扩建工程采用钻孔灌注桩，总桩数 20根，设计桩长 34m，桩径 800mm，桩身强度C25。20根桩反射波的平均波速约3700m／s，其中有两根桩在施工方提供的桩长位置未见桩底反射。而在25．7m(以平均波速计算)处有同相反射波，根据《建筑桩基检测技术规范》(JGJ106一2003)，这两根桩属于Ⅲ类桩，应采取其它方法进一步抽检以确定其可用性，具体方法包括抽芯、高应变验桩或者静载试验。如果采取这些方法，会拖延工期，而且该工地在公路边，已经开挖，在雨季的时候土层容易坍塌。为此我们向施工方了解情况，经过复查，这两根桩的实际长度是27m(破桩到承台底标高后约为 26m)。按实际的桩长再分析这两根桩，25．7m处的反射波为桩底反射，波速接近 3700m／s，属于 I类桩。提交报告后施工如期进行。
4、结 论
(1)分析桩身缺陷要结合桩型，施工工艺，参考施工记录；
(2)由于浅部缺陷或桩头存在的不良因素，反映在实测曲线上，其形态千差万别，在现场应仔细观察，记录测试桩头的情况，尽量在现场即时查找原因，无法解释的不要勉强提供结果；
(3)对实测波形分析时要结合地质资料，考虑土阻力，特别是动阻力的影响；
(4)对施工方提供的资料要认真查阅，如果发现特殊的情
况，可以跟施工方多沟通，不要轻易下结论，造成不必要的麻烦。
