应力波反射法检测桩身完整性应注意的问题

 
时间日期:2008-7-4        已被阅读次:[2656]
 
佛山市ca88工程质量检测站 丁江澍

  [摘 要] 本文针对应力波反射法检测桩身完整性过程中常遇到传感器安装与选择、激
       振器选择及信号采集等问题进行探讨,并提出了解决这些问题的办法和建议。
  [关键词] 应力波反射法 检测 完整性
  
  1 前言
  随着城市ca88物和道路建设的高速发展,工程质量问题已摆到十分重要的地位。我国70
%~80%的基础工程均采用桩基础工程。由于施工态度和工艺流程等多种原因, 会造成桩身
不完整,如断桩、缩颈等,从而降低桩的承载力,严重时将危及ca88物的安全。因此,检测
桩身完整性即如何测定缺陷的位置,并准确的对其进行评价成为桩基质量检测的一个核心问
题。目前,桩基础施工质量(主要指桩身完整性)的检查一般采用应力波反射法。应力波反射
法是桩基无破损检测中的一种较好的方法,同时又是近年来发展最快、应用最广泛的一种方
法,已被列入相关规范。
  2 应力波反射法检测桩身完整性的基本原理[1]
  应力波发射法检测桩身完整性的基本原理是:通过在桩顶施加激振措施产生应力波,应
力波沿桩身传播过程中遇到不连续界面(如蜂窝、夹泥、孔洞及断裂等缺陷)和桩底时,将
产生反射波,通过分析反射波波形特征来判断桩身的完整性。其现场测试示意图见图1所示
。2 检测中应注意的问题
  2.1 桩头的处理
  一般来说,要求凿除桩顶的浮浆和松散部分,暴露出坚硬部分,特别是锤击点和安装传
感器的部位要求坚实、平整。桩头处理不好,浮浆厚或者是表面看是较好的混凝土,由于进
行桩头处理过程中受到震动使内部会产生裂缝而又未被除去,这样检测仪器接收的信号会显
示浅部存在缺陷,造成误判。对于灌注桩,在进行桩头处理时,需将桩头打至露出新鲜骨料
为止,且测点须用电动砂轮打磨,以便安装传感器,测点处不得留有任何缺陷,测点位置宜
为位于距桩心2/3倍桩径左右,以消除表面波对所采集信号的干扰,这点对大直径灌注桩特
别重要。
  2.2 传感器的安装与选择
  传感器的安装方式不同,其测试信号亦不同,安装不好,极大地降低安装谐振频率或调
制信号不好,容易造成误判。从振动测量的角度而言,传感器必须牢固地安装在桩顶上,可
用环氧树脂粘接或用冲击电钻钻洞后将传感器插入孔中。通常是采用石膏、橡皮泥、黄油等
直接把传感器粘贴在桩顶上。采用橡皮泥安装,不能太厚,否则极易形成桩顶信号的反冲。对
于灌注桩,桩顶平整度较差,为能在现场测试既快、又可靠地安装传感器,可采用石膏抹平
桩头安装面,然后用黄油把传感器粘贴在桩头上。这样处理一般既可以很好地测到桩底反射
,又可以有效的消除桩顶信号的反冲。
  传感器是接收桩内反射波信号的关键设备,其性能的好坏直接影响采集信号的可靠性。
目前应用较广泛的有速度型和加速度型两种传感器。不同类型传感器的频率信号接收的效果
不同。选择时应选用量程范围宽、谐振频率较高、且阻尼特性好、频率相应范围宽、灵敏度
较好的传感器。
  2.3 激振器的选择
  目前最常应用的激振器是以手锤为主。激振的目的是在桩顶产生一个输入信号,即入射
应力波,不同频率的应力波,在沿桩身传播的过程中衰减程度不同,一般而言,高频振源在
桩土系统阻尼作用下衰减很快,低频振源则缓慢一些,但传播相对较深。因此,实际检测时
,常用改变锤的大小、形状、材质以及在桩头增加垫层等方法,来达到产生不同频率成分和
能量的应力波。对长桩、大直径桩,宜选用脉冲较宽的激振源及较高的冲击能量;对小桩或
缺陷部位较浅的桩最好选用带塑料锤头的小铁锤效果较好。在实测时,应注意根据不同类型
、不同材质的桩选用不同的激锤,经多次激振采集,并及时对反射波进行初步分析,判断其
缺陷部位和性质,方可找到适合测试对象的冲击方式。当初步判断缺陷较浅时,选用激锤的
质量可轻一些;当初步判断缺陷较深时,选用激锤的质量可重一些。对直径大、桩身长、柱
底土层较硬的桩,激振能量可稍大一点,宜选用重锤轻击的方式,“一锤定音”往往容易误
判,不可取。
  2.4 信号采集问题
  一般来说,对采集短桩或长桩中的浅部缺陷反射波时,时间间隔可小一点;而采集长桩
的桩底及深部缺陷反射波时,采样时间间隔可长一点。对同一根桩,也可采用改变采样时间
的方法,对桩身不同部位进行检测判断。检测中把能否见到桩底反射作为信号好坏,或用来
作为判断桩身是否完整的唯一标准,并不十分准确,因为不能测到明显的桩底反射有多种原
因,可能是桩身混凝土强度较低或冲击能量不足造成的;也可能是由于桩端持力层强度大于
或接近桩身强度造成的;桩侧土阻力和桩底面没有明显的波阻抗差异,也可导致找不到桩底
反射。因此检测时,应尽可能的在现场多采集几组具有代表性强、波形规律基本一致的有效
波形进行存盘,即使这样,采集到的信号在分析时,有时还需要进一步进行技术处理。例如
进行数字滤波,将干扰波除去;桩底反射较弱时,还要进行指数增益等,才能获得较理想的
波形,以便正确分析判断。真实信号的采集是反射波法成功与否关键的一步,否则就失去了
检测的意义。
  2.5 测试盲区问题
  反射波法的盲区一般在桩顶面以下2m范围内,这主要是传感器的频带宽度造成。理论上
传感器的频带宽度最好是0~∞Hz,但实际上现行传感器频率是有频带宽度的,加速度传感
器频带宽度一般为几赫兹~6000Hz;速度传感器频带宽度一般为十几赫兹~1000 Hz。通过
换算可知浅层缺陷所致系统固有频率为:
fb=[n+arctgλb/π]*c/2b (n=1,2……)(1)
式中:
  λb-缺陷程度系数(λb→0表示断桩,λb→∞表示扩径);
  b-缺陷至桩顶的距离(m);
  c-混凝土一维波速(m/s)。
  因此,假设一断桩,缺陷距桩顶1m,桩身波速为3500 m/s,根据(1)式算得其一阶频
率为1750Hz,已超出速度传感器的频带宽度。所以就应力波反射法测试盲区而言,应少用速
度传感器,而改用加速度传感器要好的多。
  2.6 尺寸效应问题
  应力波反射法是建立在一维杆纵波理论基础上的,一维杆纵波理论的前提是激振脉冲的
波长λ与被检测桩的半径 R 之比应足够大(λ/R≥10),否则平截面假设不成立,即一维
纵波沿杆传播问题转变成应力波沿具有一定横向尺寸柱体传播的三维问题。另一方面,激振
脉冲的波长与桩长之比又必须比较小,否则桩身的运动更接近刚体,波动状不明显,从而对
准确探测桩身缺陷位置产生不利影响。显然,桩的横向、纵向尺寸与激振脉冲波长的关系本
身就是一对矛盾体,这在大直径桩和浅部存在严重缺陷的桩的实际检测中尤为突出。根据笔
者经验,短而粗的混凝土灌注桩建议采用其他方法检测桩身完整性比较好。
  4 结论
  应力波反射法检测桩身完整性具有省时、快捷、简便及经济等优点,对其现有技术普及
和推广在保证桩基工程质量、加快施工进度等方面起到积极的作用。但实测过程中应在详细
了解施工情况和当地地质技术资料等后,再选定合理的测试方法,正确选用激振器和激振方
式,在测试过程中,应对信号进行合理的技术处理,去伪存真,然后运用科学的理论,结合
丰富的实践经验进行分析判断,才能得出与实际相符的检测结果。
参考文献
  [1] 陈凡,徐天平,陈久照,关立军编著.基桩质量检测技术.北京:中国ca88工业出
版社,2003
     
 
 
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