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)生的下行壓縮波來說，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，僅僅通過反射波的相位特征來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，通過綜合分析來對(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，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，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)的打樁或壓樁過程中，會(huì)對(duì)周圍產(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)得過干或過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)周圍鋼筋籠對(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)來回反射產(chǎn)生的干擾信號(hào)為最小；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)算帶來的誤差。根據(jù)近年來許多學(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''可以通過計(jì)算兩次S<200mm時(shí)實(shí)測(cè)時(shí)程之差來求得。
3.用錘擊方式激振時(shí)，可以通過改變激振錘的重量及錘頭材料，來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)程沒有規(guī)定用實(shí)測(cè)樁身波速來推算混凝土材料強(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。一般來說若樁身截面和質(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，一般情況無法識(shí)別樁端反射信號(hào)。
從實(shí)際工程應(yīng)用角度來說，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)開估算整樁的混凝土波速，或采用樁身波速平均值來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。
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