梁如福

江門市江海區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量檢測站  廣東  江門 

【摘要】低應(yīng)變檢測技術(shù)建立在應(yīng)力波理論基礎(chǔ)上，根據(jù)基樁反射波形來判斷基樁完整性以及承載力。由于方便快捷的特點(diǎn)，低應(yīng)變檢測技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于基樁檢測中。對于反射波形處理，傳統(tǒng)的低應(yīng)變檢測法利用人工分析，對檢測人員的經(jīng)驗(yàn)積累及判斷準(zhǔn)確性要求較高；在應(yīng)用范圍方面，一般認(rèn)為低應(yīng)變檢測法對于樁身完整性檢測效果較為準(zhǔn)確，但對于樁體承載力檢測效果較差。針對基樁低應(yīng)變檢測技術(shù)中存在的幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，近年來數(shù)值試驗(yàn)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等很多分析方法被引入低應(yīng)變檢測中，大大提高了基樁低應(yīng)變檢測技術(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性，并對低應(yīng)變檢測法的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了深化和改進(jìn)。
　　【關(guān)鍵詞】基樁；低應(yīng)變；檢測
　　一、前言
　　隨著我國建筑事業(yè)的發(fā)展，樁基已成為一種重要的基礎(chǔ)形式，在高層建筑、重型廠房、橋梁、港口、碼頭、海上采油平臺(tái)、核電站工程以及地震區(qū)、軟土地區(qū)、濕陷性黃土地區(qū)、膨脹土地區(qū)和凍土地區(qū)的地基處理中得到廣泛地應(yīng)用[1]�；鶚秾儆诨�礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，與上部結(jié)構(gòu)不同，質(zhì)量控制及檢測困難。低應(yīng)變檢測法正是針對基樁的特點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生的一種簡單快速的質(zhì)量檢測方法。但低應(yīng)變檢測法在實(shí)踐和理論上并不完善，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多學(xué)者對低應(yīng)變檢測法從實(shí)用和理論上進(jìn)行了深入研究，使得低應(yīng)變檢測法的可靠性和準(zhǔn)確性得到了很大提高。
　　二、低應(yīng)變檢測法基本原理
　　基樁的檢測分為兩個(gè)方面：樁身完整性以及樁體承載力。低應(yīng)變法最初是為了確定基樁樁體完整性而發(fā)展起來的，可以分為時(shí)域法和頻域法兩種。時(shí)域法中的代表為瞬態(tài)反射波法，其基本原理是將樁看成是一維桿件，由激振源在樁體中引起的彈性波在傳播時(shí)遇到樁體缺陷處（如擴(kuò)徑、縮徑處），或遇到不同介質(zhì)時(shí)（如樁頭或樁底），彈性波將產(chǎn)生反射，通過樁頂?shù)膫鞲衅骺梢越邮芊瓷洳ㄐ盘?hào)，根據(jù)反射波信號(hào)與完整樁的信號(hào)相對比，即可以判斷出樁身缺陷所存在的位置以及類型，如圖1所示。而頻域法的代表方法機(jī)械阻抗法則通過瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩種激振形式來測試樁體的固有頻率，獲得頻率-位移導(dǎo)納或速度導(dǎo)納相應(yīng)信號(hào)來確定樁體完整性。在實(shí)際工程中，反射波法由于其簡單直觀的特點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛。
　　

　　對于單樁承載力的確定，最初是采用高應(yīng)變測試確定，并且已經(jīng)被美國、部分歐洲國家以及中國列入行業(yè)規(guī)范。近幾年來，為了更加簡化應(yīng)變測試技術(shù)，部分學(xué)者開始提出低應(yīng)變測試單樁承載力方法，從理論和實(shí)踐上證明了此種方法的可靠性。根據(jù)流變學(xué)理論，認(rèn)為即使是非線性材料，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線也具有外推性。因此將待測樁-土體系視為質(zhì)-彈-阻模型（如圖2所示），建立基樁承載力與頻率、樁周土橫波波速以及樁身縱波波速的相關(guān)模型，通過現(xiàn)場測試所得波速，推求得單樁承載力。
　　

　　三、低應(yīng)變檢測法存在的問題
　　3.1人工分析波形帶來的誤差
　　在采用反射波法測試樁身完整性時(shí)，主要是依靠檢測人員的經(jīng)驗(yàn)來對比分析反射波形。若使用者經(jīng)驗(yàn)不足，對樁身缺陷認(rèn)識(shí)較淺，在碰到比如多次反射問題時(shí)，容易造成對檢測中的誤判，影響檢測效果，降低檢測可靠性。
　　3.2信號(hào)真實(shí)性難以保證
　　基樁低應(yīng)變檢測中，反射波信號(hào)是進(jìn)行樁身質(zhì)量判斷的唯一數(shù)據(jù)，信號(hào)的真實(shí)性將直接影響檢測的準(zhǔn)確度。以下因素是影響信號(hào)真實(shí)性的關(guān)鍵：
　�。�1）樁頭必須處理到堅(jiān)硬、新鮮的混凝土層，否則激振能量將在很短的范圍內(nèi)迅速消散，影響應(yīng)力波在樁體中的傳遞從而導(dǎo)致信號(hào)失真；
　　（2）傳感器的靈敏度以及測量頻率寬度應(yīng)該與所測樁相匹配，且傳感器安裝需與樁頭接受面耦合良好；
　�。�3）激振錘的質(zhì)量和剛度選取將會(huì)影響到應(yīng)力波的頻率，而頻率又會(huì)影響應(yīng)力波在樁體中的傳播質(zhì)量，高頻波有利于判斷出缺陷處的反射但消散很快，低頻波雖然消散較慢但是對于缺陷處的判斷困難較大，因此選擇合理的激振錘也是檢測的關(guān)鍵。
　　3.3理論缺陷
　　基樁低應(yīng)變檢測假設(shè)了樁體中的波是一維彈性波。但是當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，反射波可能是三維球面波，若簡單作為一維波處理會(huì)出現(xiàn)較大誤差。
　　3.4單樁承載力檢測不成熟
　　通常對于單樁承載力，應(yīng)當(dāng)采用高應(yīng)變檢測方法，而低應(yīng)變檢測方法只適用于基樁完整性的檢測。雖然20世紀(jì)80年代以來，利用低應(yīng)變技術(shù)確定單樁承載力已經(jīng)取得了一定程度地進(jìn)展，但是理論上仍然不成熟且沒有形成一套切實(shí)可行的規(guī)范方法，對于不同的樁-土體系而言，低應(yīng)變確定單樁承載力是否適用仍然不確定。
　　四、研究進(jìn)展
　　為了提高基樁低應(yīng)變檢測技術(shù)的可靠性，完善其理論基礎(chǔ)，數(shù)值模擬，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、流變理論等先進(jìn)方法被引入檢測技術(shù)中，對低應(yīng)變檢測技術(shù)的發(fā)展起到了很大的推進(jìn)作用。
　　4.1數(shù)值試驗(yàn)
　　有限元模擬是一種簡單可靠的數(shù)值計(jì)算方法，利用有限元方法可以方便得進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)，對于復(fù)雜的巖土問題進(jìn)行定性和定量分析。采用動(dòng)力有限元方法，可以方便地建立基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測模型，對于各種復(fù)雜情況進(jìn)行數(shù)值模擬，避免了繁雜的現(xiàn)場試驗(yàn)研究。通過模擬不同地質(zhì)條件下各種缺陷情況下的基樁反射波形圖，能夠全面了解缺陷樁體的反射特性，為現(xiàn)場基樁檢測提供可參考的資料，避免盲目檢測所帶來的誤差。
　　4.2進(jìn)化支持向量機(jī)的引入
　　支持向量機(jī)算法主要用來解決模式識(shí)別和函數(shù)擬合問題。將遺傳算法與支持向量機(jī)相結(jié)合，可以建立一種用于基樁低應(yīng)變完整性檢測的進(jìn)化支持向量機(jī)分類模型。這種方法基于實(shí)測數(shù)據(jù)，利用遺傳算法搜索最優(yōu)的支持向量機(jī)參數(shù)，用獲得的最優(yōu)模型進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而得到泛化能力更好的分類模型[3]。利用該方法可以快速準(zhǔn)確地利用部分測量數(shù)據(jù)進(jìn)行基樁完整性檢測，節(jié)約了人工分析時(shí)間并提高效率。
　　4.3考慮地質(zhì)條件影響
　　在地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，會(huì)引起反射波變化，影響檢測人員的判斷。在土層軟硬交界處，土層阻力會(huì)引起阻力反射波，增加波形分析難度，容易造成與樁身缺陷的混淆，導(dǎo)致錯(cuò)誤判斷。因此，在進(jìn)行基樁低應(yīng)變檢測之前，相關(guān)人員應(yīng)仔細(xì)閱讀分析地質(zhì)報(bào)告，對于地層交界處需要格外注意，以免造成誤判。
　　五、實(shí)例分析
　　

　　 　　分析步驟：圖3（a）為完整樁的反射波形，圖中t1時(shí)刻能夠看出明顯的樁底反射，完整樁反射波形可以作為參照物來分析樁體完整性，樁身波速計(jì)算公式為（l為樁長，t1為樁底反射波到達(dá)樁頭的時(shí)間）；若樁體產(chǎn)生縮徑，將會(huì)出現(xiàn)與入射波反相的反射波，如圖3（b）所示，參照完整樁的方法，計(jì)算出波速v，再利用所算出的波速v以及時(shí)間t2可以計(jì)算得出縮徑位置，計(jì)算公式為：；若樁體產(chǎn)生擴(kuò)徑，在反射波到達(dá)樁頭之前將會(huì)出現(xiàn)與入射波同相的反射波，如圖3（c）所示，計(jì)算方法與縮徑相同。
　　六、結(jié)論
　　基樁低應(yīng)變檢測技術(shù)作為一種簡單實(shí)用的方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程檢測中。隨著技術(shù)和理論的發(fā)展，數(shù)值試驗(yàn)、進(jìn)化支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)數(shù)學(xué)方法被引入反射波形分析中，地質(zhì)條件對測試準(zhǔn)確度的影響也越來越受到人們的重視，同時(shí)，利用低應(yīng)變測試單樁承載力的理論研究和實(shí)踐應(yīng)用也發(fā)展迅速。
　　【參考文獻(xiàn)】
　　[1]王林紅，沈毅靖.低應(yīng)變檢測技術(shù)在樁基檢測中的應(yīng)用[J]科技風(fēng)，2009,2（下）
　　[2]劉明貴，彭俊偉.進(jìn)化支持向量機(jī)在基樁低應(yīng)變完整性檢測中的應(yīng)用[C]NDT學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，武漢，2007