【正文】 挖除）、螺旋樁等。不同成樁方法對周圍土層的擾動程度不同，這種不同將直接影響基樁承載能力發(fā)揮和計算參數(shù)的選用。不僅地質(zhì)條件和地下水位變化較大，而且施工過程中經(jīng)常遇到溶洞、斷層以及海水潮汐等不利條件，都會對樁身質(zhì)量有很大的不利影響。目前成樁質(zhì)量檢測的主要方法有鉆芯法、低應(yīng)變法、聲波透射法，另外高應(yīng)變法也能夠輔助性的檢測樁身的完整性。樁基工程是隱蔽工程，特別是在地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水變化較大的現(xiàn)場鋼筋混凝土灌注樁，出現(xiàn)的問題最多，造成的后果也最為嚴重。我國漢朝時期己經(jīng)將木樁應(yīng)用于橋梁建筑中，到宋代樁基礎(chǔ)技術(shù)已比較成熟。 The reflected wave method。在基樁完整性檢測中，利用低應(yīng)變法可確定樁身缺陷位置、判斷缺陷的類型和缺陷的嚴重程度。樁土系統(tǒng)在動態(tài)力的作用下產(chǎn)生動態(tài)響應(yīng)，采用不同功能的傳感器在樁頂量測動態(tài)響應(yīng)信號(如位移、速度、加速度信號)，通過對信號的時域分析、頻域分析或傳遞函數(shù)分析，判斷樁身結(jié)構(gòu)完整性，推斷單樁承載力。 隨著我國國民經(jīng)濟與工程建設(shè)的快速發(fā)展，基樁檢測作為隱蔽工程驗收的重要環(huán)節(jié)，對保證整個工程建設(shè)的安全穩(wěn)定起著十分重要的作用。本文主要做了一下工作： 介紹低應(yīng)變的基本原理、適用范圍及優(yōu)缺點，一維波動理論基本方程和解答，低應(yīng)變樁基檢測的現(xiàn)場注意事項，傳感器的類型，時域和頻域曲線的分析等。 A onedimensional wave theory。從20世紀初鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件問世以來，鋼筋混凝土預(yù)制樁和鋼筋混凝土灌注樁就得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)場鋼筋混凝土灌注樁經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷主要有:擴頸、縮頸、離析、斷樁，此外還有混凝土強度不足、斷裂、孔底沉渣，也有可能存在因施工人員素質(zhì)低下，偷工減料而產(chǎn)生夾泥夾石等現(xiàn)象。其中樁基低應(yīng)變動力檢測是以應(yīng)力波在樁身中的傳播特征作為理論基礎(chǔ)的一種方法，主要用于判斷樁身結(jié)構(gòu)的完整性，由于其快速、輕便、易操作等特點越來越受到廣大工程人員的歡迎，已廣泛應(yīng)用于工程實踐中。另外，低應(yīng)變法只能定性的確定基樁的損壞類型，無法定量的研究缺陷的損壞程度。一般可分為擠土樁、部分擠土樁和非擠土樁三類：（1）擠土樁，也稱排土樁。（3）非擠土樁，也稱非擠土樁。天然原木或粗大的竹子做樁材料，也有加工成型的。當(dāng)要求長樁時，可將單節(jié)樁連接成所需長度；為減少鋼筋混凝土樁的鋼筋用量和樁身裂縫，后來又發(fā)展了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁，我國現(xiàn)用的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁多為圓型管樁，外徑一般為400～550mm等、壁厚100mm、標(biāo)準節(jié)長8～10m、法蘭盤接頭。鋼管樁由各種直徑和壁厚的無縫鋼管制成，型鋼包括各種形式的板樁，主要用作臨時支擋結(jié)構(gòu)或永久性的碼頭工程，H型和I型鋼樁也常用作支承樁。樁主要承受軸向垂直荷載、橫向水平荷載或兩種兼而有之。此類樁進一步據(jù)荷載傳遞機理又可分為：。這種樁一般不考慮樁側(cè)摩阻力的作用，但如果長徑比很大，由于樁本身的壓縮特性，樁側(cè)摩阻力也可能發(fā)揮部分作用。（2）抗橫壓樁，也稱抗剪樁。新的成樁方法和工藝，隨科學(xué)技術(shù)和施工機械的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)，有的尚未正式命名，這里僅介紹常用方法形成的基樁。按成孔的工藝又可分為兩大類：。使用機械成孔，一般沒有護壁或泥漿護壁，不擾動周圍土層。、復(fù)打樁、支盤樁等。（4）螺旋樁?；鶚豆こ淌请[蔽工程，出現(xiàn)的問題最多，后果也最為嚴重，近年來，房屋質(zhì)量糾紛不斷，很多都與基礎(chǔ)質(zhì)量有關(guān)。這種樁型質(zhì)量不夠穩(wěn)定，故障率高，主要的質(zhì)量問題有：(1)錘擊或振動沉管過程的振動力以彈性波傳播方式在周圍土體中衰減消散，沉管周圍的主體以垂直振動為主，而一定距離后的土層，水平振動大于垂直振動，再加上側(cè)向擠土作用，極易振斷初凝鄰樁，軟硬土層交界處尤重。（5）振動沉管采用活瓣樁尖時，活瓣張開不靈活、混凝土下落不流暢，引起斷樁或混凝土密實度差的現(xiàn)象時有發(fā)生；當(dāng)樁尖持力層為透水性良好的砂層時，若沉管后混凝土澆灌不及時，易從活瓣的合縫處滲水，稀釋樁尖部分的混凝土，使得樁端阻力喪失。、鉆孔灌注樁在地下水位較高的場地進行灌注樁施工，成孔方法有沖抓式，沖擊式、回轉(zhuǎn)鉆式和潛鉆式等，成孔過程采用就地造漿或制備泥漿護壁，以防止孔壁坍塌。（3）泥漿護壁成孔，不同土層泥漿應(yīng)按相應(yīng)比重配制，否則孔壁容易坍塌。（2）土層出現(xiàn)流砂現(xiàn)象或有動水壓力時，護壁底部土層會突然失去強度，泥土隨水急速涌動，產(chǎn)生井涌，使護壁與土體脫空，或引起孔形不規(guī)則?；炷令A(yù)制樁大多用柴油錘、蒸汽錘或自由落錘打入土中，打樁過程容易發(fā)生以下質(zhì)量問題：（1）打樁時應(yīng)選用合適的錘墊和樁墊，墊層過軟會降低錘擊能量的傳遞，打入困難；墊層過硬，將增大錘擊應(yīng)力，容易擊碎樁頭，一般最大錘擊壓應(yīng)力不容許超過混凝土抗壓強度的65%。（3）樁錘選用不合適，將難于打至預(yù)定設(shè)計標(biāo)高或不滿足貫入度要求。拒不完全統(tǒng)計，這些公式包括修正公式有百余個，它們大都是依據(jù)牛頓剛體碰撞理論，能量和動量守恒原理，針對不同錘型、樁型并結(jié)合各國、各地經(jīng)驗撿了起來的。從而提供了一套較為完整的樁錘土系統(tǒng)打樁波動問題的處理方法，建立了目前高應(yīng)變動力檢測數(shù)值計算方法的雛形，為應(yīng)力波理論在樁基工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。這些早期的探索與實踐加速了動測技術(shù)的推廣普及，為我國在短期內(nèi)達到樁動測技術(shù)的國際先進水平創(chuàng)造了有利條件。交通部第三航務(wù)工程局科研所研制出SDF1型打樁分析儀，成都市城市建設(shè)研究所的ZK系列基樁振動檢測儀，中國建筑科學(xué)研究院地基所推出了FEIPWAPC波形擬合分析軟件、FEIA樁基動測分析系統(tǒng)和DJ3型試樁分析儀，中國科學(xué)院武漢巖石力學(xué)研究所推出了RSM系列以及武漢巖海公司的RS系列基樁動測儀等。雖然，國際上動測法的主流目前仍是一維桿波動理論為基礎(chǔ)的高、低應(yīng)變兩種方法，與我國狀況相似，但這兩種方法的成熟性是相對的。其中，縱波和橫波是基本的機械波，根據(jù)運動學(xué)的疊加原理，任何復(fù)雜的波動都可以看成是這兩者的疊加。 橫波:介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波稱，又稱為S波。固體中的聲波、超聲波等都是常見的應(yīng)力波。 廣義波阻抗:Z=ρCA，其中，ρ表示樁的材料密度，C表示彈性波速，A表示樁的橫截面積。一維桿應(yīng)力波波動方程表示如下:?2u?t2c2?2u?x2=0 (21) 式中，u為x方向的位移，單位是m。x為坐標(biāo)，單位是m。若桿長有限，當(dāng)波和桿端相遇時，根據(jù)邊界條件，縱波將在端部邊界產(chǎn)生反射或透射。在《規(guī)范》中，樁身完整性定義為：反映樁身截面尺寸相對變化、樁身材料密實性和連續(xù)性的綜合定性指標(biāo)；樁身缺陷定義為；使樁身完整性惡化，在一定程度上引起樁身結(jié)構(gòu)強度和耐久性降低的樁身斷裂、裂縫、夾泥（雜物）、空洞、蜂窩、松散等現(xiàn)象的統(tǒng)稱。Ⅱ類——樁身有輕微缺陷，不會影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的發(fā)揮。作為完整性指標(biāo)之一的樁身截面尺寸，由于在《規(guī)范》中定義為“相對變化”，所以先要確定一個相對衡量尺度。但嚴格的講，應(yīng)按施工驗收規(guī)范，即第二個條件才是合理的，但因為動測法不能對縮頸嚴格定量，于是才定義為“相對變化”。所以樁身不同類型的缺陷，低應(yīng)變測試信號中主要反映出樁身阻抗減小的信息，缺陷性質(zhì)往往較難區(qū)分。所以，低應(yīng)變動測法根據(jù)阻抗的變小既不能判斷缺陷的具體類型，也不能對樁身缺陷程度作定量判定； 對于灌注樁擴徑而表現(xiàn)出的阻抗變大，應(yīng)在分析判定時予以說明，因擴徑對樁的承載力有力，不應(yīng)作為缺陷考慮。假定樁為一維連續(xù)桿件，不考慮樁周土體及裝本身的阻尼對應(yīng)力波的影響。若桿變形時平截面假設(shè)成立，受軸向力F作用，將沿桿軸向產(chǎn)生位移u，質(zhì)點運動速度V=?u?t和應(yīng)變ε=?u?x ，這些動力學(xué)和運動學(xué)量只是x和時間t的函數(shù)。將（31）式兩邊對x微分，得:AE?2u?x2=?F?x (32)利用牛頓定律，考慮該單元的不平衡力（慣性力）列出平衡方程：a=?2u?t2 (33)?F?xdx=ρAdx?2y?t2 (34)合并（32）和（34）兩式，得：?2u?t2=Eρ?2u?x2 (35)定義c=Eρ為位移、速度、應(yīng)變或應(yīng)力波在桿中的縱向傳播速度，得到如下一維波動方程：?2u?t2c2?2u?x2=0 (36)以下有兩點需要說明：（1）對于實際樁而言，平衡方程（34）左邊的平衡力中既包含了慣性力的影響，也可計入了單元的土阻力影響，只是考慮微單元dx的平衡時沒有顯含土阻力罷了。（1） 桿的兩端自由： 此時，應(yīng)力在桿兩端必須為零。圖33 一端自由、一端固定桿的前三階振型曲線當(dāng)沿桿x方向的彈性模量E，截面積A，波速c和質(zhì)量密度ρ不變時，采用行波理論求解波動方程（36），不難驗證下式為波動方程的達朗貝爾通解：u（x，t）=W（x+ct）=Wd（xct）+Wu（x+ct） （321）式中Wd和Wu為任意函數(shù)。圖34 下（右）行波和上（左）行波的傳播作變換ξ= x+ct，分別求W（x+ct）對x和t的偏導(dǎo)數(shù)，即ε=?Wx?ct?x=?W（ξ）?ξ?ξ?x=W‘x?ct (322)V=?Wx?ct?x=?W（ξ）?ξ?ξ?t=?W‘x?ct (323)為了將一維桿波動理論方便地用于樁的動力檢測，考慮在實際樁的動力檢測時，施加于樁頂?shù)暮奢d為壓力，故按習(xí)慣定義位移u，質(zhì)點運動速度V和加速度a以向下為正（即x軸正向），樁身軸力F，應(yīng)力σ和應(yīng)變ε以受壓為正。Z?V (326)上式中，ρc和ρcA稱為彈性桿的波阻抗，當(dāng)桿為等截面時，阻抗Z=mcL（式中m為桿的質(zhì)量）。因此可見，當(dāng)考慮波的相互作用時，所得結(jié)果與牛頓第三定律的結(jié)果完全不同。假設(shè)入射壓力波FI是已知的，顯然有VI=FIZI。（3）β1，即波從小阻抗介質(zhì)傳入大阻抗介質(zhì)。 （4）β1，即波從大阻抗介質(zhì)傳入小阻抗介質(zhì)。第四章 測試系統(tǒng)低應(yīng)變反射波法檢測基樁完整性的過程為:(1)通過手錘或其它激振設(shè)備對樁頂施加脈沖波。(5)技術(shù)人員對輸出波形數(shù)據(jù)進行分析和處理，判斷基樁的完整性。 應(yīng)力波反射波法測試系統(tǒng)工程樁檢測中最常用的瞬態(tài)激振設(shè)備是手錘和力棒，錘體質(zhì)量一般為幾百克至幾十千克不等；偶有用質(zhì)量約幾十甚至近百千克的穿心錘、鐵球作為激振源；過去在建筑工程基樁檢測中，還有利用水中大電流放電對樁頂施加壓力脈沖的做法。為獲得錘擊力信號，可在手錘或力棒的錘頭上安裝壓電式力傳感器；或在自由下落式錘體上安裝加速度傳感器，利用F=ma原理測量錘擊力。與瞬態(tài)激振相比：穩(wěn)態(tài)激振的突出優(yōu)點是測試精度高，因每條譜線上的力值是不變的；而在瞬態(tài)激振力的離散譜上，每條譜線上的力值一般隨頻率增加而減小。理想單位脈沖力的頻率從0至∞頻域內(nèi)部含能量。工程實踐中，依“小鋼錘→小鐵錘→輕質(zhì)脆性尼龍錘→輕質(zhì)木錘→大鐵錘→柔性塑料錘→橡皮錘”，信號脈沖寬度τ越來越大（→5ms）。因此，檢測大直徑長樁時應(yīng)選擇較重的力錘并加大錘擊速度，大幅度提高敲擊力度，但錘過重又將造成微小缺陷被掩蓋。④ 脈沖寬度 脈沖寬度大，有利于長樁及深部缺陷檢測，但相應(yīng)的波長增大，由于波具有繞射能力，若入射波波長比樁身中缺陷的特征尺寸大的多時，波大部分可以繞射過去，反射波強度降低，識別樁中小缺陷的能力就差，也就是分辨率低。速度傳感器的動態(tài)范圍一般小于60dB；而加速度傳感器可達到140～160dB的動態(tài)范圍。利用這種原理制成的傳感器稱為壓電式傳感器，可以將待測的振動量或沖擊量變成可測量的電量。常用的壓電加速度傳感器有中心壓縮型、環(huán)形剪切型、三角剪切型三種結(jié)構(gòu)形式。由牛頓第二定律得到質(zhì)量塊的運動方程：Md2u+xdt2+cdydt+kx=0 （41）移項得：md2xdt2+cdxdt+kx=md2udt2 (42)設(shè)被測物體作簡諧振動，即u=u0cosωt。故有： F0=k0X (45)式中： F0——慣性力幅值，N； K0——壓電片的等效剛度，Nm。2主要技術(shù)指標(biāo)① 固有頻率及頻帶寬度靈敏度較高的加速度傳感器其固有頻率在15～20kHz，測量時的上限頻率一般取固有頻率的1/3，固有5～7kHz的測量頻率上限，能滿足反射波法測樁上限頻率不小于2kHz的要求。一般用對于主軸向的靈敏度的百分比表示，稱為橫向靈敏度比。加速度傳感器同樣需要可靠安裝，否則也會出現(xiàn)如速度傳感器那樣的低頻諧振。這種傳感器將振動速度轉(zhuǎn)換為電量，故稱速度傳感器。引入阻尼還可以起到避免過大的共振振幅造成傳感器內(nèi)部可動部件損壞，縮短響應(yīng)過度時間的作用。用于反射波法時可選擇較大的固有頻率；而用于機械阻抗法（特別是檢測樁基承載力）宜選擇固有頻率較低的速度傳感器（≤10Hz）?，F(xiàn)場使用時，安裝諧振頻率不得低于1500Hz。實際使用中，針對不同樁長，可選擇不同靈敏度的速度傳感器。相對而言，速度傳感器的適用范圍較窄，具體如下：加速度傳感器及速度傳感器的比較　　表４項目加速度傳感器速度傳感器固有頻率fn高頻端，＞15kHz低頻端，～100Hz；機械阻抗法宜選擇較低的fn反射波法可選較高的fn頻帶寬度幾赫茲～1/3fnfn～1500Hz安裝諧振頻率＞10kHz＞靈敏度電壓靈敏度：＞100mV/g；點和靈敏度：＞100PC/g。② 即使是高阻尼傳感器，由于其高頻不足或安裝不良出現(xiàn)諧振頻率，對淺部缺陷﹙＜2m﹚容易漏判或誤判。檢波器一般有三個固有頻率，如38Hz的檢波器，f1=38Hz，f2=220Hz，f3=380Hz，用于測樁時容易產(chǎn)生指數(shù)衰減振蕩信號。電壓放大器在線路上比電荷放大器簡單，信噪比亦比電荷放大器高，但不像電荷放大器那樣可在低頻段使用，總增益受傳感器電纜長度的影響較電