低应变动力检测中应注意的几个问题

摘要：本文主要介绍了低应变动力检测法测桩中影响检测质量的几个问题，包括现场准备、信号采集、分析判定及该方法的局限性。

关键词：反射法；现场；信号；分析

反射法低应变动力检测是一种瞬态激振无损检测法。它将桩看成一端弹性连接的一维杆，杆件材质均匀连续。用手锤、力锤或力棒敲击桩顶，敲击能量以应力波形式沿桩身传播，波速为vp，应力波通过波阻抗变化界面时，如缩（扩）颈、夹异物、混凝土离析、土阻力变化等，应力波产生反射和透射，由安装在桩顶的加速度计或速度传感器，接收反射波信号，得到信号时程波形，从波形的形态特征可以判断波阻抗位置或校核桩长，由桩平均波速定性估计混凝土强度等级。

根据浙江省标准《基桩低应变动力检测技术规程》（DBJ10-4-98），按桩身完整性及桩身混凝土波速值，可以把桩身质量等级分为四类：

Ⅰ类桩：完整桩，无缺陷，桩身混凝土波速值正常。

Ⅱ类桩：基本完整桩，有轻微缺陷，但基本不影响正常使用，桩身混凝土波速值正常。

Ⅲ类桩：有明显缺陷，已影响正常使用或桩身混凝土波速值明显偏低。

Ⅳ类桩：有严重缺陷，混凝土波速值很低，已无法正常使用。

1.准备工作

1.1检测前应尽量收集有关资料，比如桩位平面布置图、桩基础设计图、地质勘察资料，掌握桩基类型、成桩工艺、桩长、桩径、桩身混凝土强度等参数。同时要取得原始打桩记录并与施工单位、监理单位沟通，了解施工过程中发生的各种异常情况。

1.2进入现场，首先了解检测现场周围环境，有的施工现场为了赶进度，检测场地附近有打桩机的振动或重型运输车来往或截桩头的风镐气泵振动，这些因素都影响传感器的分辨，严重干扰了波形采集。

1.3桩头必须达到设计标高，桩头必须清理平整、平净、无浮渣，出露的钢筋应倒向四周，且不应有较大的晃动，因为锤击桩头产生的激振应力波容易在钢筋上产生振荡反射叠加于入射波中，从而影响浅啊缺陷的判续。

1.4由于混凝土的强度，弹性模量与其龄期关系密切，当砼的强度、弹性模量太小，即使加大锤击能量也难认得到桩底反向信号。所以对于砼灌注桩，试验一般应在桩身混凝土达到龄期后进行，特别是对长或地质条件较差的桩更应如此。对于预制桩，打入初期桩周土受到扰动，桩侧摩阻力远小于1～2周的事的桩侧摩阻力。实践中一般在桩打入后一周进行检测，有利于获得桩底反射。

2.激振源和传感器

2.1锤型的选择及其对信号的影响

低应变动力检测所使用的力锤常用的有手锤、自由落锤和力棒，锤头材料觉的有铁制、尼龙、塑料、硬橡胶等。用铁锤头激发得到的脉冲力持续时间短力谱高频成份丰富，波长小，判断缺陷位置精确度高，对于浅层缺陷或短桩，可采用铁锤头、小质量手锤。而尼龙头、硬橡胶头等材料的锤或力棒激发得到的脉冲力低频成份丰富、频率低，持续时间长，传播深度深，适于检测深层缺陷或长大桩。

2.2传感器的安装

通常测桩所用的传感器有速度传感器和加速度传感器。速度传感器的频响范围较窄，高频响应不够，较难从曲线上确定浅部缺陷位置，所以判断浅部缺陷选择加速度较为合适。加速度传感器频响应特性好，在不加滤波且激振脉冲力宽度较窄时，可能产生振荡信号。实际工作中，对于有疑点的桩，可采用不同的激振方式或更换传感器类型进行对比。

对于小直径的桩一般可以选择一个传感器安装点和锤击点；对于大直径桩应选择两个以上的安装点和锤击点；对于现场信号异常的桩，也应增加安装点和锤点，以便取得可靠的信号和消除随机干扰信号。安安装时，传感器应尽量运离锤点和出露的钢筋，以减少锤击产生的横向波和其他杂波的干扰。

2.3信号的选择

检测开始时，对前几根桩进行现场分析，设置合理的采集参数。信号放大应适中，指数过低采集不到有用的信息，容易产漏判缺陷；指数过高则过分夸大轻微缺陷，产生误判。

3.测试信号的分析与判定

3.1数据分析的常用方法

实际检测过程中，影响信号接收的因素很多，比如传感器安装不当出现共振、桩头的小裂纹产生的振动、横向波的干扰等，都可能造成曲线不规则，桩底信号不明显甚到没有，此时可以选用高通滤波或你通滤波，将高频信号、干扰信号滤除，以获得规则的易于判读的曲线。若信号较弱或不明显时，滤波后可采用指数放大，使桩底反射信号增强。

3.2波速与混凝土强度、桩长的关系

在反射波法低应变检测中，波速与桩身砼强度有一定的关系，但并非一一对应的关系，而是具有离散性，相同强度等级的混凝土只能对应一定范围的波速，波速和桩长是两个不确定的量，分析曲线时，可以由桩长求波速，以判定桩身砼标号是否正常，也可以由波速来推得桩长，以判定桩长的准确性。但由于影波速的因素很多，如水泥型号、骨料粒径、胶结程度、钢筋型号、用量以及缺陷位置、程度等都会影响平均波速的取值。因此必须充分了解各桩型的施工工艺过程以及施工中易发生的质量问题，认真分析施工记录，积累波速使用经验，结合工程地质勘察执行来进行分析判定。

4.几个具体问题

4.1检测不到桩底反射

检测不到桩底反射可能的原因：①桩的长径比过大；②桩身混凝土强度低，应力波在桩身传播中衰减大；③激振能量不够；④桩周土的性质，相同桩长、桩径的桩在粘土中应力波传播中的衰减要比在淤泥质土层中衰减快；⑤桩底土的性质，当桩底土的质量很好，其等效波阻抗与桩身波阻抗接近时，应力波的能量向桩底土辐射，因此难以检测出反射波；⑥桩身存在缺陷。

4.2反射波法低应变动力检测的多解性和局限性

反射波的相位、振幅与桩身的波阻抗变化有关，桩的波阻抗又与桩的材料密度、波速和横截面积有关，因此，从波形相位的变化，我们仅能判断出桩身波阻抗变化，但无法确定是波速变化还是横截面变化，即无法确定离析还是缩径。此时可以结合施工过程发生的异常情况来分析，如砼配比不当、振捣不够，有可能是离析。若某标高处拨管速度正常，但混凝土方量少，则可能是缩径。但实际工作中我们难以确认实际桩长及施工记录的客观性，这就增加了判断的困难。此外，反身波本身是间接接收到的，波形径桩体的反射过滤已经发生了一定程度的变化，还有激振力的可控性、外界干扰等各种因素，都是分析波形信号时需要综合考虑的。