【正文】 而分析缺陷樁信號要復(fù)雜些，實測信號既包含施工形成的缺陷產(chǎn)生的反射波，也包含因設(shè)計樁身構(gòu)造或成樁工藝本身局限導(dǎo)致的不連續(xù)截面產(chǎn)生的反射波，例如預(yù)制樁的接縫、灌注樁的逐漸擴徑再縮回原樁徑的漸變截面、地層硬夾層影響，再如，采用部分擠土方式沉樁的開口預(yù)應(yīng)力管樁，樁孔內(nèi)土塞的影響等。4Δf 030060090012001500f（Hz）圖6 缺陷樁典型速度幅頻信號特征 判定樁身完整性類別首先是判斷有沒有缺陷反射波，其次是分析缺陷程度?；谝陨蟽煞N原因，按照目前的錘擊方式測樁，不可能精確地測到樁的“一維桿縱波波速”。嚴格地講，按直達波峰樁底反射峰確定的波速將比實際的高，若按“正確”的樁身波速確定缺陷位置將比實際的淺。因錘擊點與傳感器安裝點有一定的距離，接收點測到的直達峰總比錘擊點處滯后，特別對大直徑樁或直徑較大的管樁，這種從錘擊點起由近及遠的時間線性滯后將V（mm/s）trx=2x/ctr=2L/ct（ms）明顯增加。其次采用頻域分析計算缺陷位置時，由于和采樣周期及采樣點數(shù)相關(guān)的頻域分辨率有限，會使缺陷位置的計算精度降低，頻域分析法計算缺陷位置僅作參考。波速帶來的缺陷位置誤差為Δx = x tr=2L/ct（ms）V（mm/s）雖然波速與混凝土強度二者并不呈嚴格的函數(shù)關(guān)系，但考慮到二者整體趨勢上呈正相關(guān)關(guān)系，且強度等級是現(xiàn)場最易得到的參考數(shù)據(jù)，故對于超長樁或無法明確找出樁底反射信號的樁，可根據(jù)經(jīng)驗并結(jié)合混凝土強度等級，綜合確定波速平均值，或利用成樁工藝、樁型相同且樁長相對較短并能夠找出樁底反射信號的樁確定的波速，作為波速平均值，表2選取不同混凝土強度等級的應(yīng)力波波速經(jīng)驗值可供參考。對于大直徑樁，由于激振點和傳感器安裝點間的距離引起時間的滯后，按速度波第一峰與樁底反射波峰間的時間差確定的樁身波速比實際的高。 完整樁信號有效信息成分應(yīng)包括：激振信號、土阻力反射波、樁底反射波以及正常的樁身波速（如圖3）。 檢測結(jié)果 可采用低通濾波的方式對接收信號進行處理，減小噪聲信號對測試效果的影響。 對于同一根樁不同檢測點及多次的實測時域信號差別較大時，應(yīng)綜合受檢樁的樁型特點、施工工藝和工程地質(zhì)情況等，增加布置檢測點進一步推斷，亦可采取其他方法驗證檢測。故應(yīng)增加檢測點數(shù)量，使檢測結(jié)果能全面反映樁身結(jié)構(gòu)完整性情況。但是，若要兼顧頻域分辨率，則應(yīng)按采樣定理適當(dāng)降低采樣頻率或增加采樣點數(shù)。 對于時域信號，采樣頻率越高，則采集的數(shù)字信號越接近模擬信號，越有利于缺陷位置的準確判斷。因此，樁長參數(shù)應(yīng)以實際記錄的施工樁長為依據(jù)，按測點至樁底的距離設(shè)定。要求激振方向應(yīng)沿樁軸線方向的目的是為了有效減少敲擊時的水平分量。因此，若要獲得長樁的樁底反射信息或判斷深部缺陷，沖擊入射波脈沖應(yīng)寬一些；當(dāng)檢測短樁或樁的淺部缺陷時，沖擊入射波脈沖應(yīng)窄一些?？招臉秾嵭臉秱鞲衅靼惭b點激振錘擊點 圖2 激振點、傳感器安裝點位置示意圖 通過改變錘的質(zhì)量、材質(zhì)及錘墊，~。另應(yīng)注意，加大安裝與激振兩點距離或平面夾角將增大激振點與安裝點響應(yīng)信號時間差，造成樁身波速或缺陷定位誤差加大。理論研究表明，按圖2 所示，即實心樁安裝點在距樁中心約2/3半徑時、空心樁安裝點與激振點平面夾角等于或略大于90176。當(dāng)錘擊脈沖變窄或樁徑增加時，這種由三維尺寸效應(yīng)引起的干擾加劇。 若傳感器安裝在鋼筋籠的主筋附近，激振時鋼筋振動將產(chǎn)生干擾信號；耦合劑太厚，粘接強度較低，傳感器的安裝諧振頻率低；試驗證明手扶方式安裝傳感器，其安裝諧振頻率為500~800Hz，明顯低于采用粘接安裝方式。當(dāng)受檢樁的樁側(cè)與基礎(chǔ)的混凝土墊層澆筑成一體時，墊層對測試信號的影響主要與墊層的厚度、強度以及與樁側(cè)結(jié)合的緊密程度有關(guān)。傳感器安裝點和激振點盡可能是光滑的平面，這樣傳感器與樁之間耦合就較為緊密，傳感器的安裝諧振頻率較高。 檢測工作 要采集到高質(zhì)量的信號，樁頂處理也是重要的環(huán)節(jié)。除大直徑樁外，沖擊脈沖中的有效高頻分量可選擇不超過2000Hz（鐘形力脈沖寬度為1ms，對應(yīng)的高頻截止分量約為2000Hz）。所以，反射波法中高頻窄脈沖沖擊響應(yīng)測量不宜使用速度傳感器。同時，速度傳感器在接近固有頻率時使用，還存在因相位越遷引起的相頻非線性問題。但從傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制作以及可用性看卻又難以做到。 高阻尼電磁式速度傳感器固有頻率接近10～20Hz之間時，幅頻線性范圍（誤差177。所以，在177。事實上，對加速度信號的積分相當(dāng)于低通濾波，這種濾波作用對尖峰毛刺特別明顯。但這并不等于說，加速度傳感器的頻響線性段達到2000Hz就足夠了。 對于樁頂瞬態(tài)響應(yīng)測量，習(xí)慣上是將加速度傳感器的實測信號積分成速度曲線，并據(jù)此進行分析。 低應(yīng)變法檢測采用的傳感器主要是壓電式加速度傳感器（國內(nèi)多數(shù)廠家生產(chǎn)的儀器尚能兼容電磁式速度傳感器），根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點和動態(tài)性能，當(dāng)壓電式傳感器的可用上限頻率在其安裝諧振頻率的1/5以下時，可保證較高的沖擊測量精度，且在此范圍內(nèi)，相位誤差幾乎可以忽略。采樣頻率的選擇應(yīng)能將樁底反射波完整地記錄下來。因此，低應(yīng)變法仍可用于查明有效檢測長度范圍內(nèi)是否存在缺陷。應(yīng)通過現(xiàn)場試驗，依據(jù)能否識別樁底反射波來確定有效檢測樁長范圍。若樁過長或樁身截面阻抗多變或變幅較大，應(yīng)力波尚未反射回樁頂甚至尚未傳到樁底，其能量已完全衰減，致使儀器接收不到樁底反射信號，無法判定整根樁的樁身完整性。因此，對缺陷類型進行判定，應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)、施工情況綜合分析，或采取鉆芯法、超聲法等判定。 對于樁身不同類型的缺陷，反射波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。 本方法對樁身缺陷程度只作定性判定。水泥土樁、CFG樁等樁身阻抗與樁周土的阻抗差異小，應(yīng)力波在這類樁中傳播時能量衰減快，因此，反射波法不適用于水泥土樁、CFG樁等樁的檢測。 目前，國內(nèi)多數(shù)檢測機構(gòu)采用的低應(yīng)變法均為反射波法(或瞬態(tài)時域分析法),反射波法以一維線彈性桿件為模型，波傳播時滿足一維桿平截面假設(shè)。此時，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在接近樁端的部位。入射壓力波遇樁身截面阻抗增大時，會引起小阻抗樁身壓應(yīng)力放大，破壞形態(tài)常為樁身縱向裂縫。開裂部位經(jīng)常發(fā)生在樁的中上部，且樁愈長或錘擊力持續(xù)時間愈短，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)部位就愈往下移。在深厚軟土地區(qū)，打樁初始側(cè)阻和端阻雖小，但樁很長，樁錘能正常爆發(fā)起跳，樁底反射回來的上行拉力波的頭部（拉應(yīng)力幅值最大）與下行傳播的錘擊壓力波尾部疊加，在樁身某一部位產(chǎn)生凈拉應(yīng)力。對淺部缺陷樁，宜用低應(yīng)變法檢測并進行缺陷定位。 高應(yīng)變法錘擊的荷載上升時間通常在1ms～3ms范圍，在樁身最上部區(qū)段存在“盲區(qū)”，沖擊力的持續(xù)時間越長，“盲區(qū)”越長，缺陷位置離傳感器安裝面的距離過小時不能用β法判定。3 ，還應(yīng)結(jié)合實測信號特性、缺陷位置和范圍、樁型、場地工程地質(zhì)情況、施工工藝、施工記錄、檢測經(jīng)驗等綜合判定?！巴磷枇ξ葱遁d回彈”限制條件是指：當(dāng)土阻力Rx先于t1+2x/c時刻發(fā)揮并產(chǎn)生樁中上部明顯反彈時，x以上樁段側(cè)阻提前卸載造成ΔR被低估，β計算值被放大，不安全，因此公式()不適用。當(dāng)樁長大于30m時，由于土阻力提前卸載，β值計算誤差較大。 為了正確應(yīng)用樁身完整性系數(shù)，還應(yīng)指出以下幾點： 1 這種定量計算只適用于等截面樁最上面的第一個缺陷。特別當(dāng)實測信號復(fù)雜，有一個以上缺陷時，應(yīng)采用實測曲線擬合法評價樁身完整性。只要激發(fā)的阻力不很大，可以對阻力分布作出假定，再采用實測曲線擬合法單純地擬合樁身、分析樁身截面阻抗的變化，從而評價出樁身完整性。ZΔRtbtxtat1t（ms）30252015105圖1 樁身完整性系數(shù)計算 用高應(yīng)變法檢測樁身完整性不如低應(yīng)變法方便快捷，但它卻有檢測信號強，可對缺陷程度作出定量的計算，發(fā)現(xiàn)有缺陷后，可重復(fù)進行高能量沖擊，觀察缺陷的發(fā)展趨勢等優(yōu)點。txt1V 當(dāng)出現(xiàn)本條所述各種情況時，高應(yīng)變法難于分析判定承載力和預(yù)示樁身結(jié)構(gòu)破壞的可能性，建議采取驗證檢測。3 必須正確使用凱司法的阻尼系數(shù)。 在應(yīng)用凱司法判定單樁承載力時，應(yīng)注意以下幾個問題：1 應(yīng)用凱司法，首先必須準確確定t2（t2=t1+2L/c）時刻。 4 和最大阻力法相對應(yīng)，通過t1位置向后延遲，得到土阻力的最小值，即最小阻力法（RMN法）。因此得到兩種“自動”法，RAU和RA2法。3 在樁尖速度為零時，動阻力也為零。負阻力的影響使計算結(jié)果偏低，這對于樁較長、摩阻力較大而荷載作用持續(xù)時間相對較短的樁較為明顯。所以，需要采用將計算所取的t1位置向后延遲，以對與位移相關(guān)的土阻力滯后于t1+2L/c發(fā)揮的情況進行提高修正，得到土阻力的最大值，即最大阻力法（RMX法）。 凱司法判定單樁承載力檢測值，包括多種不同的算法，需要使用者根據(jù)具體的條件加以選擇和應(yīng)用。 2 受檢樁的實際情況不完全符合假定時，Jc將變成一個沒有明確意義的綜合調(diào)整系數(shù)，綜合反映受檢樁在各個方面的特定條件。顯然，它較適用于摩擦型的中、小直徑預(yù)制樁和截面較均勻的灌注樁。本條第5款特別強調(diào)此區(qū)段的擬合質(zhì)量，應(yīng)避免只重信號頭尾，忽視中間土阻力響應(yīng)區(qū)段擬合質(zhì)量的錯誤做法，應(yīng)通過合理的加權(quán)方式計算總的擬合質(zhì)量系數(shù)，突出其影響。貫入度的計算值與實測值是否接近，是判斷擬合選用參數(shù)、特別是sq值是否合理的輔助指標。 4 為防止土阻力未充分發(fā)揮時的承載力外推，設(shè)定的sq值不應(yīng)超過對應(yīng)單元的最大計算位移值。 3 自由落錘產(chǎn)生的力脈沖持續(xù)時間通常不超過20ms，但柴油錘信號在主峰過后的尾部仍然能產(chǎn)生較長的低幅值延續(xù)；另外與位移相關(guān)的總靜阻力會不同程度地滯后于2L/c發(fā)揮，當(dāng)端承樁的端阻力發(fā)揮所需位移很大時，土阻力發(fā)揮將產(chǎn)生嚴重滯后，因此規(guī)定2L/c后延時足夠的時間，使曲線擬合能包含土阻力響應(yīng)區(qū)段的全部土阻力信息。因為擬合所用的樁土參數(shù)的數(shù)量和類型繁多，參數(shù)各自和相互間耦合的影響非常復(fù)雜，而擬合結(jié)果并非唯一解，需通過綜合比較判斷進行參數(shù)選取或調(diào)整。5) 所用模型的物理學(xué)概念應(yīng)明確，參數(shù)取值應(yīng)能限定，避免采用可使承載力計算結(jié)果產(chǎn)生較大變異的樁–土模型及參數(shù)。4) 樁單元除考慮A、E、c等參數(shù)外，也可考慮樁身阻尼和裂隙。3) 樁的力學(xué)模型通常采用一維桿模型，樁單元劃分應(yīng)采用等時單元，即應(yīng)力波通過每個單元的時間相等。對于卸載階段，同樣要規(guī)定卸載路徑的斜率和彈性位移限。 從理論上講，實測曲線擬合法是客觀唯一的，但由于樁、土以及它們之間的相互作用等力學(xué)行為的復(fù)雜性，實際運用時還不能對各種樁型、成樁工藝、工程地質(zhì)條件等都達到十分準確地求解樁的動力學(xué)和承載力問題的效果，所以采用實測曲線擬合法應(yīng)注意下列問題： 1 關(guān)于樁與土模型：1) 目前實測曲線擬合法采用的土的靜阻力模型為理想彈–塑性模型或考慮土體硬化或軟化的雙線性模型。 除第2種情況減小力值，可避免計算的承載力過高外，其他情況隨意調(diào)整比例均是對實測信號的歪曲，會產(chǎn)生虛假的結(jié)果。 2 采用應(yīng)變式傳感器測力時，測點處混凝土的非線性造成力值明顯偏高。 在多數(shù)情況下，正常施打的預(yù)制樁，力和速度信號第一峰應(yīng)基本成比例。當(dāng)采用應(yīng)變式傳感器測力時，多數(shù)儀器并非直接保存實測應(yīng)變值，如有些是以速度（）的單位存儲。樁較短且錘擊力信號上升緩慢時，可采用低應(yīng)變法確定樁身波速。 樁底反射明顯時，樁身波速也可根據(jù)實測信號的下行波上升沿的起點到上行波下降沿的起點之間的時差與己知樁長確定。 樁身波速是否正確，對總阻力的計算結(jié)果有直接的影響，而判定樁身波速所具備的必要條件是已知準確樁長，所以用高應(yīng)變法檢測承載力時，預(yù)知實際樁長是試驗結(jié)果是否正確的必要條件。 現(xiàn)場檢測時若傳感器靈敏度系數(shù)和儀器增益設(shè)置無誤，在分析時嚴禁將力或速度信號再重新標定。這些影響對應(yīng)變式傳感器測得的、經(jīng)轉(zhuǎn)換得到的力信號尤其敏感。因為錘擊偏心很難避免，所以嚴禁用單道信號代替平均信號。當(dāng)然，當(dāng)確認受檢樁存在上浮時應(yīng)取第一擊信號進行分析計算。 所以信號選取時，要對以上各情況綜合考慮。 高應(yīng)變法測得的是檢測時激發(fā)出的阻力值，要使土阻力充分激發(fā)，錘擊能量應(yīng)足夠大，使單擊貫入度在2mm～6mm之間，如錘擊能量不足，單擊貫入度偏小，無法測得極限承載力，此時只能作為檢驗性測試，即證明巖土阻力至少能達到的程度。 檢測結(jié)果 高應(yīng)變法之所以有生命力，表現(xiàn)在高應(yīng)變信號不同于隨機信號的可解釋性，即使不采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算和提煉，只要信號質(zhì)量有保證，就能定性地反映樁的承載性狀及其他相關(guān)的動力學(xué)問題。 除柴油錘施打的長樁信號外，力或速度信號尾部應(yīng)歸零。為確保采集到可靠的信號，檢測人員應(yīng)能正確判斷信號質(zhì)量，熟練地診斷檢測系統(tǒng)的各類故障，排除干擾因素。打入式預(yù)制樁則按每次采集一陣（10擊）信號進行判別。同時也要檢查混凝土樁錘擊拉、壓應(yīng)力和缺陷程度大小，以決定是否進一步錘擊，避免樁頭或樁身受損。 高應(yīng)變法檢測成功的關(guān)鍵是信號質(zhì)量以及信號中的信息是否充足。 對記錄錘擊信號數(shù)量的規(guī)定是為了確保采集到可靠的信號供后續(xù)分析。雖然本條給出的貫入度的合適范圍，但不能片面理解成在檢測中應(yīng)減小錘重使單擊貫入度不超過6mm，“6mm貫入度”只是一個統(tǒng)計參考值。但單擊貫入度過大，會造成的樁周土擾動大，使高應(yīng)變承載力分析所用的土的力學(xué)模型，對真實的樁–土互相作用的模擬接近程度等變差，此時激發(fā)出的承載力也不代表受檢樁的極限承載力。要判定受檢樁的極限承載力，測試時就應(yīng)使樁周土產(chǎn)生一定的塑性變形。 因此，“重錘低擊”是保障高應(yīng)變法判定承載力準確性的基本原則。 3) 輕錘高擊并不能有效提高樁錘傳遞給樁的能量和增大樁頂位移，錘擊脈沖較窄，波傳播的不均勻性，即樁身受力和運動的不均勻性（慣性效應(yīng)）較明顯，實測信號