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摘要：本文根据应力波理论和桩基施工缺陷问题，阐述了低应变反射波检测方法的操作特点和工作原理，并通过工程桩验收过程中低应变法的应用实践，总结出该法检测中的准备作业、技术要点、数据处理和结果判定等工作，为桩基检测行业提供参考与借鉴。
关键词：低应变法；桩基检测；桩身缺陷
引言：为改善软弱地基或下卧软弱层承载力不足的缺点，作为建筑工程建设中的重要组成部分，桩基础的应用和检测越来越受到工程相关人员的重视。桩基工程属于地下隐蔽工程，其施工技术相对复杂，若在施工阶段质量监督检查不到位，极易出现离析、缩径甚至断桩等不良现象，对桩基的质量甚至上部建筑的整体结构产生严重的安全隐患。因此，桩基质量检测显得尤为重要。低应变反射波法可有效地检测出基桩桩身完整性、桩长、桩身缺陷位置等，已成为桩基检测的必选方法，该方法具有快速、经济及无损等优点，应用极为广泛。
一、低应变反射波法的工作原理
低应变测桩技术起源于应力波理论，低应变中的反射波法是目前国内检测桩身质量较为有效、便捷的一种手段。根据反射波到达桩顶的时间以及波形的具体情况推断出桩基的长度和桩基缺陷的深度，同时还可以根据反射波形的相位和幅度判断缺陷的种类。虽然低应变法的原理很简单，但是在实际的检测过程中需要应用到物理学、数学、信号学以及计算机学等多种学科知识，同时也需要由测量系统、激振系统以及数据分析系统这三个子系统组成的桩基检测仪对信号进行采集和分析。
低应变反射波法的主要工作原理是采用低能量瞬态激振方式在桩顶激振，产生应力波，应力波沿桩身向下传播，当桩身存在波阻抗Z（Z=ρCA）差异的界面，如缩径、夹异物、混凝土离析或扩径，将产生各种反射波信号：一部分应力波在波阻抗差异的界面产生反射，另一部分应力波在波阻抗差异的界面透射继续向下传播，桩顶部安装相关传感器可以实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线，以传感器接收到的信号为基础，通过分析可判定桩身缺陷的位置及程度，进而检测混凝土桩的桩身完整性。
二、常见的桩基施工质量问题
1.桩倾斜度过大
桩身倾斜问题是桩基施工中比较常见的一种质量问题，出现桩基倾斜角度过大的主要因素是钻孔时，工作人员没有合理掌握垂直度，导致其孔径的垂直度无法满足桩基的施工要求。导致桩基出现倾斜度较大的原因是多方面的。其中，最根本的因素是在架设钻机过程中，钻机出现偏斜，而导致钻孔出现倾斜，然后在放钢筋笼时也相应发生较明显的倾斜。若桩基的倾斜超过规定的范围，则桩基作废，需要重新打桩。
2.桩身质量缺陷
在工程项目桩基质量检测过程中，常检测出桩基内部存在缩颈、扩颈、断桩、夹泥、桩长与设计不符、混凝土蜂窝、沟槽、麻面等质量问题。研究表明，桩基的混凝土质量不达标的原因主要是在桩基施工过程中，提取导管的速度较快，造成混凝土中夹杂泥沙颗粒，造成桩身的断桩、缩颈、蜂窝等不良现象。而这些缺陷对桩基的承载能力影响较大，一旦出现，桩基承载力难以保证，无法达到设计要求，不仅由于补桩等设计变更延缓工期，而且增加建造成本，对整个工程的质量、安全、进度造成无法估量的后果。
3.桩承载力的问题
桩基施工过程中，最重要的是接桩和收桩。当桩长过短或者收桩时，最后一阵贯入度达不到规范收锤要求，而现场管理真空，工人草草收场，造成桩基极限承载力和特征值均不满足设计要求时，就会对周边其他的桩基承载情况产生连锁影响，进而造成整个基础产生不均匀沉降，导致底板、填充墙等构件开裂，影响整个工程的安全性和舒适性。由此可见，桩基的承载力检检测是土木工程桩基施工质量验收的重要工作。通过低应变检测法可以有效地检查出桩长和桩身混凝土质量，从而初步判定出桩基承载力是否存在重大隐患。
三、低应变反射波法在桩基检测中的应用
1.检测前的准备工作
（1）在实际检测过程中，需要先了解桩基工程的施工资料及地质勘察报告，并以此为基础掌握桩基的桩长、混凝土强度、施工工艺、成桩特点、桩端持力层、成桩日期、桩径及桩周土土层分布情况等内容；
（2）进入桩基检测现场之后，不可直接进行检测，需要先观察桩顶部的实际情况是否达到检测条件，例如桩的上顶部通过敲击后是否会出现混凝土松动情况，预制桩的桩顶是否存在钢板，桩是否与垫层混凝土或者其他混凝土构件紧密相连，实心桩检测点布置是否符合要求；
（3）需要以实际情况为基础，彻底凿除桩顶部的混凝土疏松部分以及浮浆部分，将桩基顶部存在的钢板切开直至桩顶部出现密实的混凝土，将与桩紧密相连的垫层混凝土和其他混凝土构件彻底凿开；
2.检测过程要点
（1）传感器安装。传感器应稳固地安置在桩顶，粘合剂可采用橡皮泥或者黄油等材料。安装完毕的传感器应紧贴桩的顶面，传感器不产生滑动、信号线不抖动，不能用手扶持传感器和信号线，并保证传感器安装平面与桩的中心轴线垂直；
（2）激振锤的选择。选用不同材质锤头的主要目的是控制激励脉冲的宽窄，以获得清晰的桩身阻抗变化和反射和桩底反射。当桩身缺陷位置离桩顶较近时，宜选用质量小且刚度较大的锤头；反之，桩身缺陷位置离桩顶较远时，宜选用质量较大且刚度较小锤头，得到的冲击脉冲较宽，低频成分较多，相应的应力波能传递到桩身较深部位。
（3）信号采集和筛选要点。桩心对称布置2～4个安装传感器的检测点，空心桩检测点宜为桩壁厚的1/2处，实心桩检测点宜在距桩中心2/3半径处，激振点和检测点与桩中心连线的夹角宜为90°。
3.做好桩基检测基本假设
在开展低应变反射波法检测过程中，需要做好如下相应假设：桩基为等截面的细长杆；桩身材料保持均匀分布；桩基变形中其截面始终保持平行的水平面；桩基截面上面的应力均保持均匀地分布。桩基混凝土结构当中的缺陷部位和纵波波速等可以基于下式进行分析：
C=2L/t
式中：ｃ为桩基当中纵波的具体波速数值为（ｍ／ｓ）；ｉ为桩基的桩长长度数值（ｍ）；t为反射波到达桩顶面所耗费的传播时间（ｓ）。
4.数据处理
数据处理是对桩质量进行判断的主要阶段，在数据分析处理时，需要注重不同波形所代表的桩身情况。一般来说波形完整光滑的，标示施工桩体的质量较好，而波形头尾波动较大的，一般表示成桩质量存在一定问题。在数据处理时，经过分析得到可能存在问题的桩身检测波形时，要注意与施工记录进行比对分析，以提高桩身问题分析的准确性，并帮助检测人员快速定位桩身问题出现的大概位置和原因，为后续桩身加固提供资料参考。在应用低应变反射波法时，相应的数据处理及要点主要包括如下方面：
（1）完整桩。如果桩基检测中的质量合格，桩身完整性好，那么桩身在低应变反射波法的检测下的波速呈现为光滑完整性，且粧底的反射信号完整，波速保持均匀，这样就可以判定所检测的桩基施工质量保护优良状态。
（2）钢护筒引起的桩身缩径。由于在钻孔灌注桩顶浇筑混凝土时采用钢护筒，使得桩基直径增加，从而导致在桩基检测中表现为缩径。如图1所示，其桩基直径为1.5m，桩长23m，根据低应变速度波形图可以看出在桩基2.3m处存在缩径问题。而经查验施工记录，在桩基顶部混凝土浇筑施工时，设置了钢护筒，其壁厚为8cm，且与桩身形成整体，这就使得桩基直径增加到1.64m，因此在护筒底部表现为明显的缩径问题。人工挖孔桩，在遇到比较厚的流塑状淤泥层时，桩孔护壁通常采用钢护筒。
（3）断桩。在低应变反射波法的应用条件下，如果桩基存在断桩问题，那么所对应的断桩速度波形图当中会呈现出比较显著的波峰，且粧底部位置处所反射过来的信号也相对较弱；在桩基的低应变反射波中，断桩的速度波形图中表现出明显的波峰，并且桩底反射的信号较弱，如图2所示，根据桩基检测经验可获知该桩基在18m出现断桩问题。
（4）轻微缺陷桩。工程案例：漳州市某厂房，沉管灌注桩，Φ400mm，L=18m，C20，该桩钢筋笼长6m。通过低应变反射波法进行桩基的桩身完整性检测，发现该桩6.5m处附近出现轻微缺陷反射波，有桩底反射。经过分析是因为成桩时拔管太快，在钢筋底部存在缺陷，但桩底反射波可见，属II类桩，见图3。
结束语
总之，随着建筑行业的快速发展和桩基施工技术的不断进步，桩基础越来越多的应用到各种土木工程上，对应的桩基检测方法得到广泛的应用和完善。通过应用低应变反射波法，可以对桩身完整性等问题进行准确检测，也可对桩长、桩身缺陷类型进行初步判定，为静载检测和高应变检测提供抽检依据，更有助于工程桩的竣工验收，避免出现工程安全事故。
参考文献：
[1]陈凡，徐天平等.建筑基桩检测技术规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2014．
[2]侯伟生，施峰等.建筑地基检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
[3]王昆伟，刘江平.深厚淤泥地区基桩低应变检测若干问题探析[J].西安：西安建筑科技大学学报（自然科学版），2013.
论文作者:孔杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/25
标签：桩基论文; 反射论文; 应变论文; 混凝土论文; 缺陷论文; 波形论文; 应力论文; 《基层建设》2019年第18期论文;