張洪波

摘 要 本文對低應(yīng)變動力檢測中存在的幾個難點問題，如樁身平均波速確定，前部缺陷識別及低應(yīng)變定量化等問題分別進行了分析和討論。

關(guān)鍵詞 樁身平均波速；阻抗；淺部缺陷；低應(yīng)變定量化

前言

低應(yīng)變動測檢查樁身質(zhì)量快速而有效。在國內(nèi)隨著中巖科技生產(chǎn)的PRT-RSM樁身完整性檢測儀從軟件到硬件的長足發(fā)展和良好的應(yīng)用效果，低應(yīng)變動測已經(jīng)得到工程技術(shù)界的普遍認(rèn)可和采用。

低應(yīng)變動力測樁基本原理，即首先將樁體簡化并假設(shè)為一維彈性桿件模型，且定義波阻抗的概念來描述樁身截面變化，然后根據(jù)彈性波的傳播理論，通過樁頂?shù)募钭饔檬箻渡韮?nèi)部產(chǎn)生波動，由安裝在樁頂?shù)募铀俣刃突蛩俣刃蛡鞲衅鹘邮詹煌ㄗ杞孛娴姆瓷洳ǎ涗洀椥圆▊鞑サ姆?時間曲線，最后由曲線相位和幅值變化情況即樁身波阻抗的變化情況，判斷樁身缺陷性質(zhì)，確定缺陷位置，計算樁長，并由實測波速定性評價樁身混凝土強度，具體計算過程如下：

Z=ρAc （1）

L=ct/2 （2）

L=ct/2 （3）

式中：Z-樁身波阻抗；

ρ-樁身混凝土密度；

E-樁身混凝土彈性模量；

L-樁長；

L-缺陷位置；

t-樁底發(fā)射雙程旅行時間；

t-缺陷處反射雙程旅行時間

從上述計算公式我們可以看出，低應(yīng)變動測主要涉及三個參數(shù)，即樁長，樁身平均彈性波速及反射時間。由于反射時間可以利用低應(yīng)變動測儀精確的測量，另外兩個未知量其中之一就必須首先進行假定，因此低應(yīng)變本身存在著先天不足，它直接影響到檢測結(jié)果的精度及低應(yīng)變的定量化，在實際檢測中面臨著多重問題?，F(xiàn)在就幾個經(jīng)常遇到的突出難點問題進行分析和討論[1]。

2 幾個難點問題

2.1 樁身平均波速問題

樁身平均彈性波速是低應(yīng)變動測中最重要的參數(shù)。通常在計算樁長時，根據(jù)公式（2）和樁身混凝土強度等級，假定一平均波速經(jīng)驗值，由實測樁底雙程旅行時間來得到樁長。但是樁身波速與混凝土強度之間尚沒有明確的關(guān)系，誘人認(rèn)為樁身混凝土強度在C20以下時與平均波速之間呈線性，超過C20呈非線性，這種說法雖然有一些道理，但在實際計算中很難把握，所以較為準(zhǔn)確的給定樁身平均波速常常不是一件容易的事。如下圖1為一根樁長8.5m，混凝土強度C25的完整樁，實測曲線在指數(shù)放大10倍后可以清楚地看到樁底反射，給定波速3917m/s時等于設(shè)計樁長；而給定3502m/s時，樁長為7.6m，二者相差0.9m樁長，如圖2所示。

至于缺陷樁，由于樁身平均波速的不確定性很難準(zhǔn)確計算缺陷位置。如圖3為一根樁長11m，混凝土強度C25的縮頸缺陷樁，當(dāng)平均波速3905m/s時，滿足設(shè)計樁長，計算缺陷位置為距樁頭2.5m處；當(dāng)平均波速3500m/s時，計算缺陷位為距樁頭2.2m處，二者相差0.3m，如圖4所示。

混凝土在現(xiàn)場攪拌時即時同一工地由于種種原因經(jīng)常與設(shè)計混凝土配合比出入較大，使得混凝土強度不穩(wěn)定，這也是造成樁身平均波速難與準(zhǔn)確假定的一個因素。因此，在同一工地樁身平均波速也是變化的，用同一波速計算不同樁長和缺陷位置顯然不合理。要想提高檢測精度只有全面掌握相關(guān)資料，如場地勘察報告，施工記錄等進行綜合分析及計算。

另外一種普遍認(rèn)識認(rèn)為，當(dāng)樁身存在缺陷時一定減小平均波速。這是符合理論依據(jù)的，但在實踐中常常發(fā)現(xiàn)有些缺陷，特別是較輕的缺陷并沒有明顯的影響平均速度，有事還略高于同場地的完整樁。本人多年來一直進行多種樁型的檢測，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)上述情況，因為應(yīng)在實際計算中應(yīng)沖破傳統(tǒng)限制，根據(jù)實際情況確定樁身平均波速。

2.2 淺部缺陷識別問題

低應(yīng)變動測在樁頂實施的激勵一般為手錘或力棒，敲擊樁頂時為點擊引起質(zhì)點振動形成波動傳播，在樁頭附近可近似認(rèn)為半球面波，遠(yuǎn)離樁頭后可近似為平面波。由于檢波器接收的是平面波，在樁頭附近就會存在測試“盲區(qū)”，如果“盲區(qū)”范圍內(nèi)存在缺陷，我們很難分辨出來，所以說樁身淺部缺陷的識別是低應(yīng)變中另一難點問題。

對于淺部缺陷的識別，最重要的是激振技術(shù)，采取不同頻率的激振力棒。提高激振脈沖波頻率可以提高分辨率，力棒可保證彈性波的垂直傳播，減少淺部折射損失，另外在敲擊時，敲擊位置盡量靠近檢波器，便于拾取入射波，提高靈敏度，采用不同頻率敲擊，可以有效地識別淺部缺陷。

如圖5當(dāng)用低頻力棒敲擊時的實測曲線，曲線呈現(xiàn)大低頻特征，說明樁身淺部存在嚴(yán)重缺陷，但缺陷的大致位置難于分辨。而后改用高頻力棒敲擊，實測曲線如圖6，可以清楚地看到0.8m處附近出現(xiàn)多次反射，并伴有大低頻的背景反射，此樁已經(jīng)被開挖證實。

2.3 縮頸、夾泥、蜂窩和孔洞等缺陷曲線識別問題

縮頸、夾泥、蜂窩和孔洞等缺陷從理論上來講都引起波阻抗減小，在時程曲線上均表現(xiàn)為同相反射。由于低應(yīng)變動測單條曲線的先天不足，單憑實測曲線是無法區(qū)別出來的，在實際解釋中只能歸結(jié)為縮頸類缺陷。在有些檢測結(jié)果中明確提出來夾泥、蜂窩和孔洞等缺陷是沒有可靠依據(jù)的。

2.4 低應(yīng)變的定量化問題

低應(yīng)變動測技術(shù)發(fā)展到今天，從儀器設(shè)備到后處理計算機軟件包都十分豐富，然而仍然停留在定性解釋階段，這不能不說是一大遺憾。根據(jù)實際的要求進一步發(fā)展低應(yīng)變定量化技術(shù)是當(dāng)前動測界的普遍共識。

低應(yīng)變的定量化應(yīng)分為三個步驟：一是平均波速的定量化；二是樁長及缺陷位置的定量化；三是缺陷大小的定量化。低應(yīng)變實測曲線實質(zhì)上就是激勵信號在樁身中的阻尼衰減過程，低應(yīng)變的定量化實質(zhì)上就是激勵信號的衰減補償問題，如果我們能夠通過某種方法計算出樁身平均阻尼系數(shù)，那么就可以根據(jù)低應(yīng)變本身的性質(zhì)進行定量化。

3 結(jié)束語

（1）低應(yīng)變動測計算方法存在單條曲線多未知數(shù)的先天不足，在定量化的過程中單獨依靠低應(yīng)變方法本身是不可能實現(xiàn)的，應(yīng)輔助其他檢測手段。

（2）低應(yīng)變動測判定樁身完整性的時應(yīng)綜合勘察、施工等多種資料。

（3）低應(yīng)變動測人員最好親自參與勘察、施工，深入熟悉有關(guān)地層情況，掌握施工中容易產(chǎn)生影響樁身質(zhì)量的施工因素，只有具備全面綜合只是才能在現(xiàn)有技術(shù)條件下提高檢測水平。

參考文獻

[1] JGJ 106-2003 J256-2003.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.