[摘要] 本文對低應變動力檢測中存在的幾個難點問題，如樁身平均波速確定﹑淺部缺陷識別及低應變定量
化等問題分別進行了分析和探討。
前言
低應變動測是目前國內外檢查樁身質量最為快速有效的手段，特別是其中的反射波法。隨著美國 PDI 公司生產的 PIT-X樁身完整性測試儀從軟件到硬件的長足發(fā)展和良好的應用效果，低應變動測已經得到工程技術界的普遍認可和采用。
低應變動力測樁基本原理，即首先將樁體簡化并假設為一維彈性桿件模型，且定義波阻抗概念來描述樁身截面變化，然后根據彈性波的傳播理論，通過樁頂的激勵作用使樁身內部產生波動，由安裝在樁頂的加速度型或速度型傳感器接收不同波阻抗截面的反射波，記錄下自樁頂至樁身彈性波傳播的幅值-時間曲線，最后由曲線相位和幅值變化情況即樁身波阻抗的變化情況，判斷樁身缺陷性質，確定缺陷位置，計算樁長，并由實測波速定性評價樁身混凝土強度，具體計算過程如下：
Z = ρAc = ρA
√E/ ρ (1)
L=ct/2 (2)
L’=ct’/2 (3)
式中： Z—樁身波阻抗；
ρ—樁身混凝土密度；
E—樁身混凝土彈性模量；
A—樁身橫截面積；
L—樁長;
L’—缺陷位置；
t—樁底反射雙程旅行時間；
t’— 缺陷處反射雙程旅行時間。
從上述的計算公式中我們可以看出，低應變動測主要涉及三個參數，即樁長﹑樁身平均彈性波速及反射時間。由于反射時間可以利用 P.I.T 等先進的
樁身測試儀器精確地量測，另外兩個未知量其中之一就必須首先進行假定，因此低應變本身存在著先天不足，它直接影響到檢測結果的精度及低應變的定量化，在實際檢測中面臨著很多問題。現就幾個經常遇到的突出難點問題進行分析與探討。
幾個難點問題
a．樁身平均波速問題
筆者認為樁身平均彈性波速是低應變動測中最重要的參數。通常在計算樁長時，根據公式（2）和樁身混凝土強度等級，假定一平均波速經驗值，由實測樁底雙程旅行時間來得到樁長。但是樁身波速與混凝土強度之間尚沒有明確的關系，有人認為樁身混凝土強度在 C18 以下時與平均波速之間呈線性的，超過 C18 呈非線性，這種說法雖然有一些道理，但在實際計算中很難把握，所以較為準確地給定樁身平均波速常常不是一件容易的事。如圖 1 為一根樁長 26m、砼強度 C25 的完整樁，實測曲線在指數放大 15 倍后可以清楚的看到樁底反射，給定波速 3900m/s 時等于設計樁長；而給定 3600m/s 時，樁長為 24m，二者竟相差 2m 樁長，如圖 2 所示。
圖 1 平均波速 3900m/s 時 圖 2 平均波速 3600m/s 時
至于缺陷樁，由于樁身平均波速的不確定性很難準確計算缺陷位置。如圖 3 為一根樁長19m、砼強度 C20 的縮徑缺陷樁，當平均波速 3350m/s 時，滿足設計樁長，計算缺陷位置為9.4m 處；當平均波速 3000m/s 時，計算缺陷位置為 8.2m，二者相差 1.2m，如圖 4 所示。
圖 3 平均波速 3000m/s 時 圖 4 平均波速 3250m/s 時
混凝土在現場攪拌時即使同一工地由于種種原因經常與設計混凝土配合比出入較大，使得混凝土強度不穩(wěn)定，這也是造成樁身平均波速難于準確假定的一個原因。因此，在同一工地樁身平均波速也是變化的，用同一波速計算不同樁的樁長和缺陷位置顯然不合理。要想提高檢測精度只有全面掌握相關資料，如場地勘察報告、施工記錄等進行綜合分析及計算。
另外一種普遍認識認為，當樁身存在缺陷時一定減小平均波速。這是符合理論依據的，但在實踐中常常發(fā)現有些缺陷，特別是較輕的缺陷并沒有明顯的影響平均波速，有時還略高于同場地的完整樁。筆者參與過多種常見樁型的施工并進行自檢，就經常發(fā)現上述情況，因此筆者認為在實際計算中應沖破傳統(tǒng)限制，根據實際情況確定樁身平均波速。
b． 淺部缺陷識別問題
低應變動測在樁頂實施的激勵一般為手錘或力棒，敲擊樁頂時為點擊引起質點振動形成波動傳播，在樁頭附近可近似認為半球面波，遠離樁頭后可近似為平面波。由于檢波器接收的是平面波，在樁頭附近就會存在測試“盲區(qū)”，如果“盲區(qū)”范圍內存在缺陷，我們很難分辨出來，所以說樁身淺部缺陷的識別是低應變中另一難點問題。
對于淺部缺陷的識別，筆者認為最重要的是激振技術，采取不同頻率的激振力棒。提高激振脈沖波頻率可以提高分辨率，力棒可保證彈性波的垂直傳播，減少淺部折射損失，另外在敲擊時，敲擊位置盡量靠近檢波器，便于拾取入射波，提高靈敏度，采用不同頻率敲擊，可以有效地識別淺部缺陷。筆者利用這種方法開挖驗證了大量的淺部缺陷樁。
如圖 5 當用低頻力棒敲擊時的實測曲線，曲線呈現大低頻特征，說明樁身淺部存在嚴重缺陷，但缺陷的大致位置難于分辨。而后改用高頻力棒敲擊，實測曲線如圖 6，可以清楚地看到 1.6m 處附近出現多次反射，并伴有大低頻的背景反射，此樁已經被開挖證實。
圖 5 低頻力棒敲擊時的實測曲線 圖 6 高頻力棒敲擊時的實測曲線
對于更淺部的缺陷（0.5m 或以內），如果缺陷比較嚴重，比如斷樁、嚴重縮徑、夾泥等可以通過實測曲線特征識別，一般來說曲線呈不規(guī)則的“Λ“形，并帶有更大低頻曲線特征，比大低頻曲線更不規(guī)則，如圖 7 所示。根據經驗可以懷疑樁身很淺部位有較為嚴重的缺陷，且敲擊中能夠聽到”空空“聲，此時應用力棒水平敲擊樁側，通?？梢钥吹綐额^的晃動。分析原因筆者認為是由于樁頂受激振后沒有形成質點壓縮的波動，而只是淺部缺陷塊體的振動，實測曲線為檢波器與塊體的共振曲線。這種情況一般來說是由于施工中澆注混凝土時在樁頂附近地層水侵入造成斷樁或夾泥，另外機械開槽碰撞樁頂產生斷樁也是其中主要原因之一。
圖 7 樁身淺部 0.5m 左右缺陷實測曲線c． 半鋼筋籠底部反射問題
在軟土地區(qū)一般的住宅樓普遍采用半鋼筋籠的沉管灌注樁，這種樁形雖然應用多年，但
存在很多施工問題，其中主要就是半鋼筋籠底部與素混凝土交界面處的質量問題。對這種樁的檢測常常由于半鋼筋籠底部可能出現的二次反射和樁底反射疊加在一起難于區(qū)分而不能準確判斷樁身質量。
從理論上來講，由于混凝土中含有鋼筋使得密度ρ增加，波阻抗 Z 隨之增加，在鋼筋籠底部與素混凝土交界面處存在波阻抗差異，在時程曲線上應該有與入射波同相反射。另一方面，由于施工機具在振動沉管過程中強烈振動等原因，引起剛剛打完尚未初凝的臨近樁在最為薄弱的交界面處出現縮徑缺陷，嚴重的可能會產生斷樁。
如圖 8 為一根樁長 19.0m，鋼筋籠長 11.0m 的沉管灌注樁，從圖中可以看出在指數放大 5 倍后樁底較為清楚，在 11.0m 附近明顯有一同相反射出現，說明此處存在缺陷，分析原因筆者認為是鋼筋籠底部混凝土受擾動而產生縮徑所致。
d．縮徑﹑夾泥﹑蜂窩和孔洞等缺陷曲線識別問題
縮徑﹑夾泥﹑蜂窩和孔洞等缺陷從理論上來講都引起波阻抗減小，在時程曲線上均表現為同相反射。由于低應變動測單條曲線的先天不足，筆者認為從實測曲線中是無法將它們分辨出來的，在實際解釋中只能歸結為縮徑類缺陷。在有些檢測結果中明確提出夾泥﹑蜂窩或孔洞等缺陷是沒有可靠依據的。
圖 8 鋼筋籠底部反射實測曲線
e． 應變定量化問題
低應變動測技術發(fā)展到今天，從樁身完整性測試儀器設備到后處理計算機軟件包都比較豐富，然而仍然停滯在定性解釋階段，這不能不說是一大遺憾。根據實際的要求進一步發(fā)展低應變定量化技術是當前動測界的普遍共識。
筆者認為，低應變定量化應分為三個步驟：一是平均波速的定量化；二是樁長及缺陷位置的定量化；三是缺陷大小的定量化。低應變實測曲線實質上就是激勵信號在樁身中的阻尼衰減過程，低應變的定量化實質上就是激勵信號的衰減補償問題，如果我們能夠通過某種方法計算出樁身平均阻尼系數，那末就可以根據低應變本身的性質進行定量化。
結束語
1．低應變動測計算方法存在單條曲線多未知數的先天不足，在定量化的過程中單獨依靠低應變方法本身是不可能實現的，應輔助其它檢測手段。
2．低應變動測判定樁身完整性時應綜合勘察、施工等多種資料。
3．低應變動測人員最好親自參與勘察、施工，深入熟悉有關地層情況，掌握施工中容易產生影響樁身質量的施工因素，只有具備全面綜合知識才能在現有技術條件下提高檢測水平。
