樁基無損檢測技術(shù)的進展

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　　1引言

　　樁基無損檢測技術(shù)屬于工程物探發(fā)展出來的一個新領(lǐng)域，不僅成為隱蔽工程質(zhì)量檢測的一種重要手段，工程監(jiān)理質(zhì)量評估的重要依據(jù)，而且將還成為公路和鐵

　　路建設(shè)基樁工程中一種必不可少的質(zhì)量檢驗手段。但是目前中國還存在大量碼頭、橋梁、公路和鐵路橋樁基尚未徹底檢測的，而且進行尚未普及檢測和評估服役期的

　　基樁的樁身質(zhì)量，也沒有形成較成熟的技術(shù)標準[1]。

　　樁基檢測技術(shù)

　　2.1低應(yīng)變發(fā)射波法

　?。?）反射波法技術(shù)原理

　　基于Hessein的一緯動力學理論發(fā)展而來的動測法目前應(yīng)用最為廣泛，該技術(shù)及應(yīng)用的發(fā)展越來越成熟。其測試原理也在于此，某一急震力作于樁頂

　　時，會使樁身產(chǎn)生縱向振動，而當應(yīng)力波通以樁身為介質(zhì)進行傳播的過程中受到變異波阻抗時，自然會產(chǎn)生反射和投射效應(yīng)，這種反射信號會由安裝在樁頂?shù)膫鞲衅?/p>

　　接收及先關(guān)的儀器收集記錄，再通過計算機軟件處理分析獲得波形和頻譜曲線[3]，最后根據(jù)波動理論進行分析樁身結(jié)構(gòu)質(zhì)量，對樁基工程質(zhì)量做出客觀的評估。

　　然而因為手錘敲擊的震擊力相對小，一維波動理論本身也存在局限性，因此反射波法在實際應(yīng)用中存在某些缺陷，比如有效檢測深度不足、信號分析帶有較強主觀

　　性、容易受次生反射信號干擾等。

　　（2）反射波法技術(shù)發(fā)展

　　工程師研發(fā)出新的改善方法，提高了測試精度，也增強了反射波發(fā)的實用性。目前應(yīng)用前景相對可觀的方法有Johnson等人1996年提出的“雙速度

　　法”。其測試原理：沿樁身縱向布置兩個加速度傳感器，并同時測量這兩點加速度的時域曲線[4]，根據(jù)Lundberg等人提出的實測樁身兩點的應(yīng)變分析出

　　樁身內(nèi)的上、下行波的理論，通過速度與應(yīng)變的關(guān)系得到下行波的計算公式[5]，再通過兩點間距與時差計算出樁身內(nèi)的波速，從而分離出有效的上行波。實際操

　　作中，2點的實測數(shù)據(jù)推測出波速之前，必須經(jīng)過手動或自動調(diào)制。由美國PDI公司開研究開發(fā)出的儀器及其軟件可支持雙通道測量，且自動得出上行波。此法尤

　　其適用于對樁頂端連接有上部結(jié)構(gòu)的基樁進行質(zhì)量檢測。而實際案例中，布置多傳感器的情況大多數(shù)僅用于計算波速，并沒有很好地利用實測數(shù)據(jù)。

　　“雙速度”法也存在一定應(yīng)用條件：①基樁露出段不低于1.5m，以供傳感器安裝；①信號分析相對復(fù)雜。為了克服實際工況條件的各種不利因素，需要使用者不斷總結(jié)并積累經(jīng)驗，努力做到能根據(jù)具體情況進行改進和調(diào)整測試方法，因此應(yīng)變性要求較高。

　　1）橫波法。橫波法是在樁地段和下端附近或位于樁身同側(cè)分別安裝1個速度儀，在樁側(cè)橫向擊震產(chǎn)生1個同時向上和向下傳播的彎曲波，其信號分別有2個

　　方向上終端安裝的速度儀接受并記錄下來，即時顯示時域分析結(jié)果。其優(yōu)勢在于因為剪切波傳播速度遠比縱波慢，從而不僅可獲得較高的分比率而且其盲區(qū)直徑較

　　小，有效解決了大直徑的小應(yīng)變測試問題。田冬俊利用VisualC++開發(fā)工具編寫過縱波和彎曲剪切波的綜合擬合程序。目前正在實驗階段的研發(fā)工作還在

　　進行，以期開發(fā)出操作簡便的擊振設(shè)備，提剪切波信號。

　　2）超震波法。沿樁測共線等距布置多個接收器，當震擊樁頂端或樁身時，便可測得質(zhì)點速度隨時間變化的曲線圖?？梢酝ㄟ^改變深度，復(fù)測獲得直達波和反

　　射波的到達時間。平滑連結(jié)直達波到達的所有波峰點及反射波的所有波峰點，兩條連線的交點為樁底或者缺陷點。超震波法由于需要安裝多組傳感器，因此需要較大

　　的樁身暴露長度，在實際工程中很難保證滿足；對于長時間海水侵蝕及大量的水生生物附著的碼頭樁基的檢測，可能由于樁基表面不能達到平整度要求而很大程度地

　　限制了超震波法的實用性和可信度。

　　3）縱阻抗剖分析法。由法國房屋和公共工程研究中心（CEBTP）和Paquet在1991年提出的，他們首先通過實測導納曲線獲得與基樁半徑相同

　　的無限長的虛擬基樁的理論導納曲線，再經(jīng)過相減得出由于缺陷或樁底反射形成的導納曲，進一步通過反傅里葉變換及相關(guān)尺度調(diào)節(jié)，然后根據(jù)反射洗系數(shù)計算出各

　　深度處的阻抗，借此判斷缺陷位置。該方法的優(yōu)勢：無需豐富的經(jīng)驗，操作簡便；讀圖直觀。目前主要的缺陷是在實際應(yīng)用中計算“無限長”樁的動態(tài)響應(yīng)尚未實

　　現(xiàn)，需要進一步研究。

　　2.2高應(yīng)變法

　?。?）高應(yīng)變法的原理

　　高應(yīng)變法最顯著的特征是在檢測過程找那個需要配置機械設(shè)備對樁體施加能量較大的脈沖式震擊荷載，有關(guān)規(guī)范規(guī)定震擊荷載能量高達數(shù)萬kN。期中具有代

　　表性的包括了CASE法，來自PDI公司的Rauche等人于1978年首先發(fā)表了關(guān)于高應(yīng)變法檢測樁身完整性的論文，但未提到施加震擊荷載，期主要內(nèi)容

　　論證了根據(jù)受力和加速度波形的受力與時間的變化，根據(jù)受力與速度波形之間的相對變化，計算出樁身內(nèi)部機構(gòu)的完整性系數(shù)，并作為評估其質(zhì)量的主要指標。

　?。?）高應(yīng)變法的優(yōu)勢和缺陷

　　1）高應(yīng)變法的優(yōu)勢有：①剪切波由于波長較大從而可以大大地較少波速損失；②脈沖能量高、抗干擾性強、衰減比率小、信噪比較高，很適用于檢測上方承

　　載有結(jié)構(gòu)物的樁基；③比低應(yīng)變法更有穿透力，能探測到采用低應(yīng)變法不能測到的樁身內(nèi)部較隱蔽的缺陷；④低應(yīng)變波易被水平裂縫反射，在缺陷處和頂端造成往復(fù)

　　發(fā)射，從而使結(jié)果產(chǎn)生誤判現(xiàn)象，但是高應(yīng)變法就不存在這樣的缺陷；在對樁基承載力評估上，高應(yīng)變法優(yōu)勢更為突出、可信度較高，相比之下，低應(yīng)變法存在很大

　　的不確定性。

　　2）高應(yīng)變法的缺陷：①盲區(qū)半徑大、分辨率較低，淺出缺陷反射波易和下行波形成疊加，造成定位能力比低應(yīng)變法弱；②成本高、操作復(fù)雜、安全系數(shù)低。目前高應(yīng)變法在檢測樁基完整性無損檢測過程中僅起輔助作用，實際應(yīng)用較少。

　　2.3高、低應(yīng)變法相結(jié)合

　　在實際工程應(yīng)用中，應(yīng)采取高、低應(yīng)變法兩種手段的優(yōu)勢，綜合運用“雙速度”法等改進了的低應(yīng)變法和高應(yīng)變CASE法進行檢測。低應(yīng)變發(fā)可用于檢測樁身近水面一定區(qū)域的中、淺層缺陷，高應(yīng)變法主要用于檢測基樁的深部缺陷。

　　3結(jié)語

　　無損檢測是在不對原有結(jié)構(gòu)造成任何破壞的情況下進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測試驗，在發(fā)達國家已經(jīng)有了應(yīng)用于評價結(jié)構(gòu)剩余服役年限的制度，也成為建設(shè)工程質(zhì)

　　量檢測的主流趨勢。低應(yīng)變和高應(yīng)變兩種檢測手段都有其優(yōu)缺點，且二者的優(yōu)缺點具有一定的互補性，因此目前高、低應(yīng)變法結(jié)合使用在實際案例應(yīng)用中起到很好效

　　果。