提高桥梁基桩反射波低应变动测准确度的几个途径

提高桥梁基桩反射波低应变动测准确度的几个途径
刘云生 叶永城（广东省公路管理局　广州510075）　　（梅州市公路局　梅州514011）
本文源自1998 年 第2 期 广 东 公 路 交 通〖GuangDong GongLu JiaoTong〗 总 第53 期

　　［摘要］基桩反射波低应变动测是基桩完整性无损捡测的一种方法。该文分析影响桥梁基桩反射波低应变动测准确度的因素，并介绍相应提高准确度的措施。
　　关键词：基桩　动测　准确度
　　1　引言
　　基桩反射波低应变动测是基桩完整性无损检测的一种方法，在工程实践中人们常简称之为“动测法”。和其他基桩无损检测法一样，“动测法”在桩身完整性评价准确性上也存在一定的局限性，不可能达到百分之百准确。这类方法所判定的桩身缺陷及其程度，最终都要通过开挖或钻取桩身混凝土芯样来核实。因此，提高基桩无损检测方法的准确性，就可大大减少钻取芯样等有损检测方法所带来的很大的检测费用。由于桥梁基桩基本上是钻孔灌注桩，因此笔者在下面所提及的提高“动测法”准确度的途径，主要是针对这类长大桩而言的。
　　2　提高“动测法”准确度的几个途径
　　我们知道“动测法”的工作原理是利用与传感器相连的动测仪接受激振桩头产生和入射波及缺陷（包括桩底）的反射波，根据波形的特征对缺陷进行判定。从这一工作原理中，我们可以发现提高“动测法”准确性有两个主要环节：第一是如何获得真实反映桩身特征的良好信号（即波形）；第二是如何提高对信号判读的正确性。
　　2．1　如何获得真实反映桩身特征的良好信号
　　2．1．1　重视准备工作
　　准备工作包括对仪器设备的检查，向施工单位说明有关现场准备工作的要求及索取地质、钻孔、混凝土灌注资料。仪器设备的检查包括传感器、联线、计算机、采集仪是否正常，蓄电池是否充好电等。这些检查工作应在出发前做好，否则到现场检测时才发现或这或那的故障，势必影响检测人员的工作效率。基桩的地质、施工资料对信号分析会起很大的作用，具体将在后面提及。有一个问题要强调的是，施工单位提供的桩长有时可能是设计桩长，而不是实际的桩身长度，桩身长度不准确会影响到缺陷位置判定的准确性。
　　2．1．2　桩头清理及传感器的安装
　　桩头要求清理到混凝土不含有杂质，并且干净、平整，有利于传感器的安装及击振锤的锤击。对于高阻尼速度计、加速度计等平头传感器的安装要求与洁净且有强度的混凝土面紧贴，并与桩轴线平行，安装好后用手指轻敲确保粘贴牢固。粘贴介质可选用橡皮泥、高稠黄油、石膏等；对于地震检波器等锥形传感器，应用电钻钻孔安装，避免手扶传感器带来的信号干扰，影响波形的判读。
　　2．1．3　激振锤及振源频率的选择
　　激振锤及振源频率的选择对能否获得良好信号非常关键。经过对各种激振锤的实际运用对比，人们发现长大桩的检测，力棒是最为理想的一种激振锤。因为力棒激振能量大，频率较低，激振信号穿透力强，能在40 m以上的桩底产生较明显的反射波。使用力棒时，应提起一定高度，一般50cm左右，使其垂直落下，在桩头弹起后用手接住。如果桩较长，激振能量不够可施加一定力量掷落力棒。这样振源方向单一，减少了横向振动及锤击不好带来的信号干扰。
　　不同直径和长度的桩底以及缺陷的深浅不同所要求的最佳激振频率都有所不同。一般说来深部缺陷（包括桩底）要求的激振频率较低。激振频率与碰撞材料的刚度有关，刚度越大频率越高。根据这一原理，可在桩头激振处垫橡胶皮来改变激振频率。橡胶皮可选用废弃的汽车内胎，所垫的橡胶皮层数越多频率越低。因此，增减橡胶皮层数便可获得不同的激振频率。若橡胶皮层数适当时，桩底和缺陷的反射波都能直观地在波形上反映出来。
　2．1．4　防止外部信号干扰
　　在实际检测中，外部干扰信号经常会混杂进来，附加在桩的特征信号上，混扰了对信号的判读。这些外部的干扰信号通常有振动干扰、50Hz交流干扰。对于振动干扰来源主要有周围强烈的机械振动或传感器的不良安装。50 Hz交流干扰的排除可通过以下途径：采用直流电源，屏蔽线与仪器地线相联后接地，地面潮湿时信号线悬空。
　　2．2　如何提高对信号判读的正确性
2．2．1　信号可靠性的判断
　　信号是否可靠直接影响桩身完整性的判定。应在检测现场即时对信号是否可靠作出判断，以及时查明原因采取措施后重测。其主要方法是观察不同的传感器或不同的激振点所获得的时域波形，主要特征是否相同，特别是频域共振峰的特征是否相同。若这些特征都是基本相同，说明信号充分反映了桩身情况，分析时就不会导致错判和漏判。
　　2．2．2　利用频域分析法作为辅助
　　信号的分析以时域波形分析为主，但可利用频域分析进一步补充和核实。频域分析值与时域分析值稍有出入，在时域中缺陷反射，频域里也可找出它引起的不合理的共振峰。
　　2．2．3　利用基桩有关资料协助分析
　　在前面准备工作中提到，应在测桩前向施工单位索取有关的地质、钻孔、灌注等资料。这些资料对信号分析工作会起一定的作用。例如，钻孔灌注桩在砂砾层与粘土层或中风化层交界处容易产生砂砾孔壁坍塌，从而导致混凝土夹砂或缩径。如果波形分析发现缺陷位置正处于交界位置附近，说明分析结果是符合情理的。还有一个工程实例是笔者在某桥梁检测基桩，有一条桩的检测波形在7 m处有较大的缺陷反射波存在。经询问施工单位后，获知该桩在灌注过程中，孔内泥浆比重过大，当灌注到7 m处，导管内的混凝土不能下落，施工人员便强行上下振动导管使得管内混凝土下落。获悉这些施工资料后，笔者判断该缺陷是由于混凝土冲破沉积泥浆层造成的夹泥现象。抽芯结果表明，该桩7 m处确实存在严重的夹泥现象。上面两个例子说明，掌握地质和施工资料对提高信号分析的准确度是大有帮助的。
　　2．3　对无桩底反射波信号的处理
　　信号无桩底反射波，一般说来有下面几种情况造成，处理方法也不同。
（1）桩身缺陷大，缺陷反射波将桩底反射覆盖。这种情况可利用该工地其它桩的混凝土平均波速估算缺陷的大概位置。
　　（2）激振频率过高，能量低，波的穿透力不强。这种情况在检测现场改造激振方式，加大激振能量即可。
　　（3）50 Hz交流干扰。因为30～40 m桩长的桩底反射频率也在50 Hz左右，这就严重干扰了桩底反射。只要按前面所述的方法消除50 Hz交流干扰即可。
　　（4）桩的本身特征所决定的。这里笔者例举三种情况。例如支承在砂砾层上的桩，由于水泥浆透入松动的砂砾层，形成楔形桩尖，在一定条件下就不会发生桩底反射。如果支承在岩层的桩尖，阻抗在一定情况会与桩身阻抗接近，且与岩层粘结良好，也不会有明显的桩底反射。还有一种情况是人工挖孔桩，这种桩孔利用直径逐渐减小的砼护筒作护壁，这样形成的桩径是逐级减小的，这样大量的缩径造成的反射信号就覆盖了桩底反射。当然，除了这三种情况，还有其他的可能情况。这种由于基桩本身特征决定的无桩底反射情况，笔者认为是不适用“动测法”检测的，应改用超声波或其他的无损检测方法。
　　3　结语
　　上述的一些观点，是笔者吸取其他同行的一些经验以及自己在基桩检测实践中的一些体会，有些观点难免会比较片面，恳请读者批评指正。