低应变反射波法检测中的激振源匹配问题

发布时间：2022-10-05 21:42 热度：

　　摘要：激振源的选择是基桩桩身完整性检测中的一个重要环节，对检测结果有较大影响。本文通过对现场检测数据分析得出激振源匹配在低应变反射波法检测中起着举足轻重的作用。

　　关键词：激振源，匹配，基桩，桩身完整性，低应变反射波法

　　1引言

　　基桩桩身完整性检测效果的优劣，涉及到检测过程的诸多环节，激振源是其中重要一环。大量理论分析和现场试验均表明，激振源有时甚至是影响测试效果优劣的关键因素。如宽脉冲振源会导致实测信号分辨率下降，影响轻微缺陷的正常判别;窄脉冲信号不仅可能导致波形振荡而且会因穿透力弱而影响检测深度，对深部缺陷不能做出准确判断。

　　2低应反射波法动测技术

　　2.1基本原理[1]

　　反射波法是目前桩基低应变检测中应用较为广泛的一种方法，它利用实测反射波信号的特征来判定桩身完整性，推理缺陷类型及其位置。其基本原理是在桩顶竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩和严重离析等)或桩身截面积发生变化(如缩颈、扩颈等)时将产生反射波，经接收、放大、滤波等数据处理，可识别来自不同缺陷部位的反射信息。通过对反射信息进行分析计算，判断桩身混凝土的完整性，判定桩身缺陷的程度及其位置。

　　2.2质量评定等级

　　低应变反射波法评定桩身完整性分类标准[2]：

　　Ⅰ类桩：桩身完整;

　　Ⅱ类桩：桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥;

　　Ⅲ类桩：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响;

　　Ⅳ类桩：桩身存在严重缺陷。

　　2.3激振源等因素对桩基检测信号的影响[1]

　　(1)锤头材料材料过硬，将激发出高频脉冲波，高频波可提高对缺陷处的检测分辨率，对探测桩身浅部缺陷有利，但高频波易衰减，不易获取长桩的桩底反射;材料过软，激发出的初始脉冲太宽，低频波有利于检测桩底反射，但会降低桩身浅部缺陷的分辨率。

　　(2)锤击能量锤重及落锤速度的大小决定了能量的大小。敲击时能量应适中，能量小，则应力波会很快衰减从而看不见桩深部缺陷和桩底的反射。因此检测大直径长桩时应选择较重的力锤并加大锤击速度，大幅度提高敲击力度，但锤过重又将造成微小缺陷被掩盖。锤重的选择应使桩底有明显的桩底反射为原则。

　　(3)接触面积对于大直径灌注桩，除应选择重锤加大能量冲击外，相应地要加大锤的直径使得锤与桩头的接触面积增大。若使用小锤检测大直径灌注桩，需要多点激振，多点接收，以便了解桩身横向的不均匀性。而使用大锤，选择合适的接收点，可获得桩的整体响应，有利于判断桩身局部缺陷。

　　(4)脉冲宽度脉冲宽度大，有利于长桩及深部缺陷检测，但相应的波长增大。由于波具有绕射能力，若人射波波长比桩身中缺陷的特征尺寸大得多，波大部分可以绕射过去，反射波强度降低，识别桩中轻微缺陷的能力就差，也就是分辨率低。若脉冲宽度减小、波长减小，不能满足将桩视为一维弹性杆的要求，会出现速度及波形的畸变。因此应依据桩的特点，激发出合适脉冲宽度的人射波。有时在同一根桩上，按照不同的检测目的，需要产生不同的脉冲宽度。

　　一般来说，材质越软、碰撞速度越低(提升高度越低)、锤越重、接触面积越大，信号的脉冲宽度就越大、低频就越丰富、主频宽度越窄。工程实践中，依“小钢锤→小铁锤→轻质脆性尼龙锤→轻质木锤→大铁锤→柔性塑料锤→塑料王锤→橡皮锤”来选择合适的锤型，信号脉冲宽度越来越大(0.5-5ms)。

　　3检测过程与数据分析

　　3.1检测依据和方法

　　3.1.1检测依据

　　根据国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)和广东省标准《建筑地基基础检测技术规范》(DBJ15-60-2008)中的有关条款进行。

　　3.1.2检测前准备工作

　　检测前应凿去桩顶浮浆、松散或破损部分，露出坚硬的混凝土表面;桩顶的材质、强度、截面尺寸应与原桩身基本相同;对桩顶表面凹凸不平的地方用电动砂轮进行打磨，做到桩顶平整、干净，然后再进行测试。

　　桩头质量差、浮浆未处理干净，则无法获得真实波形或试验结果不能反映实际桩身情况。

　　3.2数据分析

　　图1和图2为某工地预应力管桩(模型桩)的实测波形，设计桩长为10米，该桩在打入前已知距桩顶2米左右处有一明显缺陷(断桩)。

　　实测波形由于是使用大锤敲击，脉冲宽度较大，波长较长，入射波波长比桩身缺陷的特征尺寸大，使得波大部分绕射过去，不能完整的反应桩身浅部缺陷。依据波形可判定此桩为Ⅰ类桩。

　　图2中实测波形使用小锤敲击，脉冲宽度越小，频率越宽，能较好的检测桩身浅部缺陷。依据波形可判定此桩为Ⅵ类桩。

　　从以上两个差异明显的波形可以看出激振源的选择对桩身完整性的判定有非常大的影响。依据不同激振源采集到的波形容易对基桩桩身完整性产生误判。

　　4结语

　　冲击入射波脉冲较宽时，低频成分为主，应力波衰减较慢，冲击入射波脉冲较窄时，含高频成分较多，应力波衰减较快。因此，若要获得长桩的桩底信息或判断桩身深部缺陷时，冲击入射波脉冲应宽一些;当检测短桩或桩的浅部缺陷时，冲击入射波脉冲应窄一些[3]。窄脉冲探测缺陷程度和位置精度较高，对浅部缺陷探测较为准确;而宽脉冲多为中低频率，衰减较慢，因而更适宜探测深部缺陷。在检测过程在应准备不同型号的锤，小锤用来探测浅部缺陷，重锤用来探测深部缺陷，只有做到激振源的匹配才能对桩身缺陷做出较为客观、准确的评价。

　　当然要对桩身完整性做出较为合理到位的评价，还与好多因素有关，比如桩头的处理、传感器的安装及仪器参数设定等等。只有在实践中不断总结经验才能在基桩检测中做出较为准确的判断。

　　参考文献

　　[1]罗骐先桩基工程检测手册[M](第二版).北京：人交通出版社，2004

　　[2]中华人民共和国行业标准：建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2003)

　　[3]广东省标准：建筑地基基础检测技术规范(DBJ15-60-2008)