1、低应变桩基检测方法探讨摘要：随着我国国民经济与工程建设的快速发展，桩基检测作为隐蔽工程验收的重要环节，对保证整个工程建设的安全稳定起着十分重要的作用。采用低应变反射波法判断桩身质量，具有检测速度快、经济，便于全面普查桩的质量、判别桩的完整性和质量缺陷等特点，是一种值得推广的方法。 关键词：低应变检测；桩基；缺陷 中图分类号： U231 文献标识码： A 引言 随着我国建筑事业的发展，桩基已成为一种重要的基础形式，在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口、码头、海上采油平台、核电站工程以及地震区、软土地区、湿陷性黄土地区、膨胀土地区和冻土地区的地基处理中得到广泛地应用。桩基工程除因受岩土工程条件、基础与
2、结构设计、桩土体系相互作用、施工以及专业技术水平和经验等关联因素的影响而具有复杂性外，桩的施工还具有高度的隐蔽性，发现质量问题难，事故处理更难。因此，桩基检测工作是整个桩基工程中不可缺少的环节，只有提高桩基检测工作的质量和检测评定结果的可靠性，才能真正地确保桩基工程的质量与安全。如何快速准确地检验工程桩的质量，以满足日益增长的桩基工程的需要是目前土木工程界十分关心的问题，也是长期以来国内外许多学者、研究人员和工程技术人员从事的一个研究课题。一、低应变法桩基检测简介 低应变法检测桩基时，操作简便、快捷，并能较好地反映桩基质量，因此得到了广泛的应用。桩基采用低应变法进行质量检测时，应预先在桩顶设置
3、传感器，然后用小锤敲击桩顶，使桩产生应力波信号，进而传递到传感器中，这样就可以根据应力波理论研究桩土体系的动态响应，通过反演分析得到桩基的频率信号和速度信号，最终获得关于桩基质量的分析结果。 应力放射波法假设桩基为一维截面的匀质杆件，具有连续弹性，其沿桩身传播的应力波不受周围土体的影响，它以应力波在桩身中的传播反射特征作为研究对象，从而寻找桩基质量问题。检测时，先用小锤敲击桩顶，施加一个瞬态振动，从而在桩内激发应力波，大部分应力波将在桩内传播，这是因为周围土体与桩体对应力波的抗阻性能相差太大，当波长 L桩径 D，应力波波长 D 时，可以将桩看做一维杆件，从而可以运用一维杆波动方程计算应力波在桩
4、内的传播。当桩身存在缺陷时，缺陷部位就会形成波阻抗差异界面，垂直入射的应力波传递到缺陷部位时，就会产生透射波和反射波，其中透射波将会继续向下传播，而反射波又会沿着桩身回传到桩顶，这样就可以根据桩顶的传感器接收到的反射波的振幅、相位、频率等特征，同时结合施工记录、地层资料等，准确判断桩的性质。 二、低应变检测桩基的原理 2.1、基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面(如桩底、断桩和严重离析等部位)或桩身截面面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波。经接受放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算
5、桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可根据波速和桩底反射波到达时间对桩的实际长度加以核对。 2.2、低应变反射波法检测桩体完整性的基本模型反射波法是建立在一维波动理论的基础上的。假设桩为质地均匀、各向同性的一维线弹性体（桩的长度远大于直径，且入射波波长入大于桩的直径） ，当用手锤在桩项敲击时，产生的应力波在桩身传播满足一维波动方程。在推导桩的纵向振动方程时，作以下基本假设：a、桩身视为一维杆件；b、材料均匀，视为弹性材料；c、桩身横截面上应力分布均匀，波阻抗可以被识别。三、低应变检测桩基方法的具体操作 3.1、前期准备工作。进场前应预先搜集工程的成桩工艺、桩的直径、桩的长度、成桩
6、时间、桩的强度等信息；进场后，不要急于测试桩基质量，而应该充分了解桩的施工质量，观察、敲击桩头，检查桩头是否干燥、紧固、含有泥浆等；确定桩头达到设计标高后，将其清理干净，确保桩头平整无破损，此外，为方便传感器的安装，需要用砂轮打磨出34 个直径 810cm 的光面。 3.2、采集野外数据。低应变法实际上就是利用反射波来检测桩的质量，而反射波法效果的好坏与振源有很大关系，也就是说，不同的锤击方式会形成不同的振源，从而造成差异巨大的曲线。通常情况下，要想获得桩底反射信号，大锤适合于大桩，小锤适合于小桩，而长度较大的桩则适合于脉冲宽的击振源。进行现场检测时，应该具体情况具体分析，采取相应的击振方式，
7、对于疑点较多的桩，可以更换传感器的位置进行对比分析，也可以使用多种击振方式综合分析，从而得出正确的结论。 作为接受桩身反射信号的关键设备，传感器性能的好坏对波形的采集质量有着决定性作用，因此，选用合适类型的传感器就显得尤为重要，一般而言，选用轻型传感器和电缆，有利于跟踪响应，此外，传感器的安装也很重要，务必使桩体与传感器紧密接触，不要用手按传感器，使用黄油可以有效提高传感器的安装质量。力棒容易产生二次冲击从而引起信号失真，为此，最好对现场击锤人员展开相应培训，从而掌握敲击质量。 3.3、数据的分析处理。应力反射波法具有很多优点，如费用小、方便快捷、测点广等，成为当前使用的较为有效的桩基质量检测
8、方法，但是自身也存在一些缺陷，其应用也受到了一定程度的限制。现就影响钻孔、挖孔桩缺陷的因素进行分析，具体分析如下：完整桩。桩体质量好时，桩底反射信号明显，反射波形光滑，波速正常；桩缩颈。桩使用钢护筒时，有可能引起桩缩颈，从而形成假缺陷柱波形；桩发生断裂时的反射。桩断裂后，其波形曲线的波峰较为明显，而柱底信号却不明显，可以根据桩的平均波速求得具体的断桩位置。 四、低应变检测桩基基础的自身缺陷 低应变法在其使用过程中仍然存在一些问题，这也影响了其进一步的推广应用。低应变法依赖于静动对比系数，为此需要根据不同的桩型条件和不同的地质条件建立静动对比系数数据库，工作量巨大；难以定量分析。目前低应变法只能
9、依靠工作人员的经验进行判断，为此，研究人员一直致力于开发低应变波形的拟合分析方法，目前取得了一些进展，但是仍然需要进一步的开发研究；实际测量过程中，应力波的传播会受到桩侧土阻力尤其是动土阻力的影响，具体如下：a、缺陷反射波的幅值受到影响；b、应力波衰减速度大大增加；c、土阻力波的出现，限制了桩可以测量的长度。一般桩基直径不超过 1.8m，可测桩长度为 6-60m 时测量效果较好。 参考材料 1. 俞荣金：低应变检测技术在桩基检测中的应用J. 城市建设理论研究 2012 年第 17 期。 2. 郑大轩：简述低应变反射波在桩基础检测中的应用J. 中小企业管理与科技 2010 年第 7 期。 3. 周宇、邓新明：低应变检测技术在桩基检测中的应用J. 广西水利水电 2007 年第 1 期。 4 刘博、宋朝霞：低应变检测技术探讨J. 计量与测试技术 2005年第 1 期。
