文/蘇翠明 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心 廣東廣州 510535

樁基檢測(cè)中低應(yīng)變反射波法的應(yīng)用

文/蘇翠明 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心 廣東廣州 510535

樁基是建筑工程重要的施工基礎(chǔ)，對(duì)于保證建筑整體結(jié)構(gòu)的有效性有著重要的作用。樁基屬于工程中的地下結(jié)構(gòu)物，有著隱蔽性的特點(diǎn)，在施工過(guò)程中很容易出現(xiàn)問(wèn)題，這就需要對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。低應(yīng)變反射波法是一種樁基位置以及質(zhì)量檢測(cè)的重要方法，其能夠準(zhǔn)確、高效地判斷出樁基的完整性。本文從低應(yīng)變反射波法的概述入手，分析了其在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用流程，探討了具體的應(yīng)用方面，旨在提升低應(yīng)變反射波法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用水平。

樁基檢測(cè)；低應(yīng)變反射波法；應(yīng)用

在建筑要求較高或地質(zhì)條件較差的施工環(huán)境下，經(jīng)常會(huì)在建筑工程施工中應(yīng)用樁基礎(chǔ)，其對(duì)于保證建筑工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著重要的作用。當(dāng)前樁基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)很多，其中低應(yīng)變反射波法的應(yīng)用最為普遍，且效果良好。本文簡(jiǎn)要分析了樁基檢測(cè)中低應(yīng)變反射波法的應(yīng)用，旨在為相關(guān)樁基檢測(cè)的工程實(shí)踐提供參考。

1、低應(yīng)變反射波法概述

1.1低應(yīng)變反射波法起源與發(fā)展

低應(yīng)變反射波法起源于法國(guó)和英國(guó)等國(guó)家，其在樁基工程質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用的理論基礎(chǔ)為一維波動(dòng)理論，在二十世紀(jì)六十年代，一維波動(dòng)理論得到了初步的發(fā)展，在二十世紀(jì)七十年代，一維波動(dòng)理論中的阻抗法發(fā)展迅速，而在二十世紀(jì)八十年代后期，這項(xiàng)理論的研究才真正興起，并逐漸成為了樁基檢測(cè)中的重要方法。

我國(guó)對(duì)低應(yīng)變反射波法的相關(guān)研究起始于二十世紀(jì)七十年代，在研究方法上有著一定特色，推動(dòng)了動(dòng)測(cè)技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展［1］。二十世紀(jì)八十年代，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城市化進(jìn)程逐漸加快，各種建筑工程興起，例如地下工程、高層建筑、鐵路公路等，對(duì)樁基基礎(chǔ)的應(yīng)用也日漸廣泛，樁基能夠提升建筑工程質(zhì)量，但由于其有著隱蔽性的特點(diǎn)，且易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，這就給樁基檢測(cè)提出了更高的要求，相較于傳統(tǒng)的靜力試樁檢測(cè)來(lái)說(shuō)，動(dòng)力測(cè)樁法的可靠性更高，效率更高，滿足了相關(guān)工程對(duì)樁基檢測(cè)的高要求。

1.2低應(yīng)變反射波法的概念

低應(yīng)變反射波法中，通過(guò)動(dòng)力激振的方式對(duì)樁體進(jìn)行激振，在激振作用下，樁體會(huì)產(chǎn)生彈性振動(dòng)，用相關(guān)測(cè)定儀器來(lái)測(cè)定樁的振動(dòng)響應(yīng)，以此為根據(jù)判斷樁的病態(tài)情況，估計(jì)樁的幾何參數(shù)。其中應(yīng)用最為廣泛的方法是小錘敲擊法，通過(guò)小錘來(lái)敲擊樁的頂部，在樁頂粘結(jié)一個(gè)傳感器，傳感器能夠感應(yīng)到樁發(fā)出的應(yīng)力波信號(hào)，之后根據(jù)應(yīng)力波理論研究樁土體內(nèi)部的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，推演樁土體系實(shí)測(cè)速度信號(hào)，以此來(lái)對(duì)樁的完整性進(jìn)行判定。

1.3低應(yīng)變反射波法的原理

低應(yīng)變反射波法能夠?qū)炷翉?qiáng)度等級(jí)、樁身缺陷位置以及樁身結(jié)構(gòu)完整性等進(jìn)行檢測(cè)和判斷［2］。在樁頂部用小錘敲擊，在敲擊的過(guò)程中垂直產(chǎn)生壓縮波，設(shè)定壓縮波的波速為C，其轉(zhuǎn)播方向?yàn)橛蓸渡硐蛳?，設(shè)定樁身的波阻抗為Z，在壓縮波的傳遞下，波阻抗Z發(fā)生變化，一部分應(yīng)力波經(jīng)過(guò)反射之后沿著樁身向上傳播，一部分應(yīng)力波則經(jīng)過(guò)透射之后繼續(xù)沿著樁身向下傳播。波阻抗Z的變化決定反射波的幅值和相位，在樁頂部安裝一個(gè)速度或加速度的傳感器，傳感器會(huì)接收到反射波的信號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)反射波信號(hào)的分析和處理則能夠識(shí)別樁身各個(gè)部位的信息，通過(guò)對(duì)這些信息的分析則可以判斷出樁身的缺陷位置、混凝土強(qiáng)度等級(jí)以及樁身的完整性，這就是低應(yīng)變反射波法的基本原理。（在這一章節(jié)，可否插入錘擊法檢測(cè)樁基的示意圖呢，字?jǐn)?shù)方面就從其它地方壓縮一下）

在公式中，Z表示樁身的波阻抗；

E表示樁身混凝土的彈性模量；

A表示樁身的截面積；

C表示應(yīng)力波的傳播速度；

P表示混凝土的密度。

通過(guò)檢測(cè)表達(dá)式可知，混凝土密度、樁身截面積以及應(yīng)力波的傳播速度都是樁身波阻抗的影響因素，假設(shè)在樁基某點(diǎn)存在質(zhì)量問(wèn)題，則這個(gè)點(diǎn)上部和下部的波阻抗必定會(huì)存在差異。上部的波阻抗設(shè)為Z1，下部的波阻抗設(shè)為Z2，則可以得出Z1和Z2的表達(dá)式。根據(jù)對(duì)Z1和Z2大小的比較和分析就可以判斷樁基樁身是否存在缺陷，之后再根據(jù)反射波接收時(shí)刻和樁頂錘擊時(shí)刻之間的差值就可以計(jì)算出樁基出現(xiàn)缺陷的位置，具體的計(jì)算公式如下：Lx=△t×C/2（補(bǔ)充一下Lx的符號(hào)含義）。

2、低應(yīng)變反射波法在樁基檢測(cè)中應(yīng)用的過(guò)程

2.1檢測(cè)準(zhǔn)備

檢測(cè)準(zhǔn)備是保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)，檢測(cè)準(zhǔn)備的主要內(nèi)容有相關(guān)資料的收集，相關(guān)測(cè)量?jī)x器的選擇等。應(yīng)當(dāng)保證相關(guān)資料的完善性和完整性，保證儀器性能的完好，以此為樁基檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。

2.2檢測(cè)流程

①設(shè)備儀器檢測(cè)及參數(shù)設(shè)定：在樁基檢測(cè)之前，首先對(duì)所選擇儀器進(jìn)行全面檢測(cè)，保證檢測(cè)設(shè)備儀器性能完好，根據(jù)檢測(cè)的實(shí)際情況來(lái)設(shè)置合理的設(shè)備儀器參數(shù)［3］；②柱頭處理：對(duì)樁柱頭進(jìn)行及時(shí)清理，保證柱頭的平整性；③在樁頂部的平整位置放置反射波速度或加速度的傳感器；④根據(jù)實(shí)際情況選擇能量激震，并對(duì)樁頂部進(jìn)行激震；⑤選取合適的波形曲線進(jìn)行分析和研究；⑥對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得出檢測(cè)結(jié)果。

2.3檢測(cè)要點(diǎn)

首先，應(yīng)當(dāng)注意對(duì)柱頭的處理，一般來(lái)說(shuō)，在處理柱頭的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡量清理干凈，不能留有雜物，要保證柱頭的平整，且不能有水。大量的實(shí)踐證明，如果在浮漿上進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，則無(wú)論如何改變傳感器的安裝和震源，檢測(cè)信號(hào)都不十分理想，且還可能會(huì)出現(xiàn)反向脈沖影響檢測(cè)，這主要是因?yàn)楦{與混凝土不能夠形成連續(xù)的界面，從而對(duì)反射波的傳播產(chǎn)生影響，因此在應(yīng)用的過(guò)程中要尤其注意對(duì)柱頭的處理工作。

第二，應(yīng)當(dāng)保證能夠正確安裝傳感器，傳感器的質(zhì)量越小，與樁面之間的距離越小，則傳遞性越好，檢測(cè)的準(zhǔn)確性越高，因此在安裝的過(guò)程中可以適當(dāng)采用耦合劑或粘結(jié)劑［4］。此外，應(yīng)當(dāng)合理地選擇傳感器，相較于速度傳感器來(lái)說(shuō)，加速度傳感器的靈敏度較高，波形曲線能夠清晰的反應(yīng)樁基缺陷，因此，一般選擇加速度傳感器。

第三，應(yīng)當(dāng)合理選擇激振錘，根據(jù)樁基的質(zhì)量和大小來(lái)選擇合適的激振錘，例如對(duì)于大樁的檢測(cè)來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)選擇質(zhì)量大、脈沖寬的鐵錘。

3、樁基檢測(cè)中低應(yīng)變反射波法的應(yīng)用探討

3.1檢測(cè)樁身強(qiáng)度

樁身強(qiáng)度是影響樁承載力的重要因素，對(duì)于樁身強(qiáng)度的檢測(cè)是必須的、必要的。但是在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)混凝土石塊強(qiáng)度等級(jí)與動(dòng)測(cè)推斷結(jié)果不一致的現(xiàn)象，這就給樁基質(zhì)量檢測(cè)帶來(lái)了困難。施工過(guò)程中，相較于地上部分工程來(lái)說(shuō)，地下樁基工程施工情況要更為復(fù)雜，如果片面強(qiáng)調(diào)石塊強(qiáng)度等級(jí)，則檢測(cè)結(jié)果的公允性和準(zhǔn)確性有待商榷［5］。在一般的建筑工程和民用建筑工程二三類(lèi)樁基的檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行檢測(cè)是比較可靠的。通過(guò)資質(zhì)過(guò)硬的檢測(cè)單位進(jìn)行室內(nèi)檢測(cè)，可以得出混凝土強(qiáng)度與彈性波速的相關(guān)性，但需要注意的是，要保證樁檢測(cè)部位和數(shù)量符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。對(duì)于控制現(xiàn)澆混凝土質(zhì)量的混凝土石塊強(qiáng)度等級(jí)的測(cè)定來(lái)說(shuō)，則可以根據(jù)低應(yīng)變反射波法進(jìn)行輔助分析和評(píng)價(jià)。

3.2檢測(cè)樁身完整性

對(duì)于軟土地基施工來(lái)說(shuō)，如果采用當(dāng)前工藝進(jìn)行鋼筋混凝土灌注樁施工，則必須要對(duì)樁身的完整性進(jìn)行檢測(cè)。就目前來(lái)看，應(yīng)用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)對(duì)樁身完整性的定性分析，按照樁身完整性的缺陷程度可以將其分為四個(gè)等級(jí)，這就能夠及時(shí)、方便地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，能夠?yàn)槭┕み^(guò)程中樁基礎(chǔ)的處理加固提供有效依據(jù)。對(duì)于裂隙、夾泥等較大范圍的樁身完整性質(zhì)量檢測(cè)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用低應(yīng)變反射波法也能夠保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性。在低應(yīng)變反射波法的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如果地質(zhì)條件和樁型比較可靠，則可以根據(jù)低應(yīng)變反射波法對(duì)樁身完整性檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量的把握和控制，在樁基質(zhì)量評(píng)定的過(guò)程中，樁身完整性檢測(cè)是不可缺少的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.3樁的檢測(cè)抽樣

首先采用動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)樁的抽樣，檢驗(yàn)規(guī)范由工程設(shè)計(jì)人員來(lái)進(jìn)行設(shè)定，以此為依據(jù)及時(shí)地對(duì)地質(zhì)條件的安全度進(jìn)行處理，對(duì)符合結(jié)構(gòu)內(nèi)部的安全度進(jìn)行處理。在檢測(cè)之前，也主要對(duì)設(shè)計(jì)人員和施工人員進(jìn)行召集，一起對(duì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、地質(zhì)條件等各項(xiàng)因素進(jìn)行綜合考慮，之后進(jìn)行檢測(cè)樣本的確定。但是在實(shí)際的操作過(guò)程中，業(yè)主對(duì)于這項(xiàng)工作的組織并不十分重視，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，施工資料的提供完整性較差，這就使得抽樣檢測(cè)工作流于形式或流于紙面［6］。第二，是對(duì)抽樣的數(shù)量進(jìn)行測(cè)定，樁身質(zhì)量的檢測(cè)至關(guān)重要，對(duì)于樁身質(zhì)量檢測(cè)的抽樣數(shù)量來(lái)說(shuō)，國(guó)家相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有著明確的規(guī)定，樁身質(zhì)量檢測(cè)的抽樣數(shù)量≥樁全部數(shù)量的20%。而對(duì)于灌注樁的檢測(cè)抽樣數(shù)量則更為嚴(yán)格，應(yīng)當(dāng)不小于樁數(shù)量的25%，為了保證樁身質(zhì)量檢測(cè)的客觀性和準(zhǔn)確性，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中可以適當(dāng)?shù)脑黾映闃訑?shù)量。

在樁位檢測(cè)的過(guò)程中可以對(duì)樁位偏差進(jìn)行抽樣檢測(cè)，抽樣的數(shù)量應(yīng)當(dāng)為總樁數(shù)的十分之一，在實(shí)際操作的過(guò)程中，要想消除質(zhì)量隱患，則需要檢測(cè)整體樁之后計(jì)算偏差量值，將其與樁的總數(shù)進(jìn)行比較，這樣能夠更加保證檢測(cè)的可靠性。

結(jié)語(yǔ)：

相較于其他樁基檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)，低應(yīng)變反射波法相對(duì)成熟，其有著經(jīng)濟(jì)適用、操作方便、檢測(cè)準(zhǔn)確的特點(diǎn)。本文簡(jiǎn)要分析了低應(yīng)變反射波法的發(fā)展和原理，探討了其在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用流程，并分析了其在樁基檢測(cè)中具體的應(yīng)用方面，旨在提升低應(yīng)變反射波法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用水平。

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