东莞市建设工程检测中心
摘要：随着高层建筑建设需要，深基坑工程的大直径灌注桩、预应力管桩已广泛应用。但还是会存在缩颈、夹泥、错位等问题出现，为此，对桩基的质量检测不容忽视。其中低应变反射波法检测是桩身完整性的衡量之一，可以及时将检测的质量结果反馈给相关部门，同时能够采取对桩身质量问题的补救措施，从而可以在地基基础质量方面有效杜绝工程事故的发生，以保障建筑物上部结构的施工质量安全。
关键词：低应变反射波法；桩基；检测；要求
目前，桩基础是地下工程的隐蔽结构物，约占全部工程结构基础的70%以上，在施工过程中比较容易出现各类缺陷，所以，对桩基础实行质量检测是十分重要的。现在被广泛应用在桩基检测中的低应变反射波法，是一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法，其具有操作简单、快速、经济以及可以无破损检验桩身质量等多方面的优点，从而快速、准确地检测出桩基的质量，成为桩基行业内较多使用检测方法。
1.低应变反射波法的定义及原理
1.1定义
低应变反射波法又称时域法，即在时间域上研究分析桩的振动曲线，通常是通过对桩的瞬态激振后，研究桩顶速度随时间的变化曲线，从而判断桩的质量。
1.2基本原理
低应变测桩技术最早起源于应力波理论以一维弹性杆平面应力波的波动理论为基础。其中的反射波法的最主要功能是检测混凝土强度等级定性估计、桩身缺陷位置判断等桩身结构的完整性。
桩基的混凝土材质的坚固强度比周围的地质强度要大的多，可以把桩身看做一个一维弹性杆，当桩身受到来自顶部的冲击力时，由于周围土质强度小，其端面上就会发生振动，冲击力产生的能量会以波的形式沿着桩身传播，一部分反射波向上传播到达桩顶，另一部分透射波向下传播到达桩底，反射波的幅度和相位是由桩身的波阻抗来决定的，桩顶的传感器接收到波信号并上传服务器，通过分析采集来的数据，我们可以知道桩身有无缺陷和缺陷程度，计算公式：
Z=ρCA
Z：桩身的波阻抗；ρ：混凝土的密度；C：波在桩身的传播速度；A：桩身的截面积。
由此我们可以看出，桩身的波阻抗和混凝土的密度、桩身的截面积有关。
假如我们通过仪器检测此桩身，发现存在一个变化界面，分别得出变化界面的顶部和底部的波阻抗，通过对两个波阻抗的比较，得出桩基缺陷类型。当波阻抗相等时，不存在缺陷。
我们还可以计算缺陷的位置△L，假设△t是传感器接收到反射波的时刻与重锤敲击桩身时刻的差值，那么我们可以用以下公式计算：
△L= △t × C /2
2.工程实例
本工程为广东东莞市烟草有限公司卷烟物流配送中心建设项目1号货仓（联合工房），最大单体建筑面积为22034.55平方米，地下室建筑面积为7786.820平方米，最大跨度约为35.9米，框架结构。本次工程总承台数400个，地上1层，地下1层，采用预应力管桩，实践中共对工程桩中的401根桩进行了低应变动力测试。低应变测试采用反射波法。被检测的401根桩，桩径Ф400mm，桩长介于20.50～32.00m之间，桩身的应力波波速平均波速为Cm=3425m/s。其中，Ⅰ类桩的353根，占检测桩数的88.03%；Ⅱ类桩的48根，占检测桩数的11.97%。根据建筑基桩检测技术规范的规定，满足工程的使用要求。
3.桩基低应变检测的要求
3.1 低应变法检测抽样数量要求
（1）根据相关基桩检测规范规定：①柱下三桩或三桩以下的承台抽检桩数不得少于1根；设计等级为甲级，或地质条件复杂、成桩质量可靠性较低的灌注桩，抽检数量不应少于总桩数的30%，且不得少于20根；②其他桩基工程的抽检数量不应少于总桩数的20%，且不得少于10根；③对于地下水位以上且终孔后桩端持力层已通过核验的人工挖孔桩，以及单节混凝土预制桩，抽检数量可适当减少，但不应少于总桩数的10%，且不应少于10根。
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（2）根据相关地基基础检测规程规定：①混凝土灌注桩桩身完整性采用低应变法，抽检数量不应少于同条件下的总桩数的50%，且不得少于20根，每个承台抽检桩数不得少于1根；对柱下四桩或四桩以上的承台工程，抽检数量还不应少于相应桩数的50%。对地基基础设计等级为甲级和地质条件较为复杂的乙级桩基工程，应适当增加抽检比例。②预制桩桩身完整性采用低应变法，抽检数量不应少于同条件下的总桩数的30%，且不得少于20根，每个承台抽检桩数不得少于1根；对柱下四桩或四桩以上的承台工程，抽检数量还不应少于相应桩数的30%。
3.2 低应变法检测受检桩的条件要求
灌注桩低应变检测前，首先应将受检桩头破至设计标高，保证受检桩混凝土强度达到设计强度的70%，且不小于15MPa。桩顶面需平整、密实、干净、无积水，要凿去桩头表面浮浆、松散部位，并露出混凝土表面，妨碍测试的桩顶外露钢筋应割掉，保证桩顶与桩轴线基本垂直；预应力管桩低应变检测前，如果桩头法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密，不必处理，否则应将桩头锯平、清洁干净。
3.3 低应变法检测现场的资料要求
为保证低应变检测的准确性和规范性，检测现场需提供有桩号的桩位平面图，当桩基质量出现质量问题避免因桩号的不准确性而影响桩基工程的加固效果；需提供准确的桩长施工记录、桩身混凝土设计强度及工程地勘报告，以准确的对桩身的完整性进行定性分析、判断。
3.4低应变测试参数的设定要求
设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积； 时域信号记录的时间段长度应在2L/c 时刻后延续不少于5ms ；桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值设定；采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速合理选择，时域信号采样点数不宜少于1024 点；传感器的设定值需按计量检定结果设定。
3.5低应变信号采集时测量传感器安装和激振操作要求
低应变信号采集时，传感器安装应与桩顶面垂直，保证传感器与桩顶耦合粘结牢固；选择合适的激振力锤，宜用宽脉冲、低频获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，宜用窄脉冲、高频获取桩身上部缺陷反射信号；钻孔灌注桩的激振点位置宜选择在桩中心，传感器安装在距桩中心2/3 半径处；预应力管桩的激振点与测量传感器安装在同一平面，且与桩中心连线形成的夹角宜为90°，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2 处。（激振点和测量传感器安装示意图详见图1）
3.6低应变检测波速设定要求
反射波法检测桩身质量时，混凝土强度等级超高，波速越大。同一混凝土强度等级，波速也会有一定范围的波动，波速与混凝土强度等级间的对应关系如下：C25（波速3300～3800m/s）、C30（波速3600～4000m/s）、C35（波速3800～4300m/s）、C40及以上（波速3900～4400m/s）。通常波速根据本地区相同桩型及成桩工艺的实测值，并结合桩身混凝土强度等级及骨料品种综合设定。
3.7低应变桩身完整性判定要求
桩身完整性检测目的是了解桩身质量，为判断桩基能否承受设计承载力提供依据。由于低应变检测获取信息不能对缺陷作定量判断，故要求低应变检测时，需结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况综合分析、判定桩身完整性。具体为：Ⅰ类桩：桩身完整； Ⅱ类桩：桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥；Ⅲ类桩：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响；Ⅳ类桩：桩身存在严重缺陷，严重影响承载力。
3.8低应变检测报告要求
根据CNAS在桩基检测的评审要求，低应变检测报告应涵盖建设、勘察、设计、监理、施工单位五大主体单位名称；涵盖基础、上部结构型式、设计要求、检测目的，检测数量、工程概况、地质条件描述、受检桩的桩号、桩位、相关施工记录、检测设备及检测过程描述；检测报告并要准确提供受检桩的检测数据，实测与计算分析曲线、汇总成果及桩身完整性检测结论。
4.总结
总之，低应变反射波法检测桩基是一种在工程中适用性很强的检测方法，它能够实现快速检测和准确定位，对于各种土建工程都能有广泛的适用性。在检测过程中充分考虑各项因素的影响，并准确对检测步骤逐一完成，是能够实现提高工程效率的整体目标的。
参考文献
[1]陈凡，徐天平，陈久照等.基桩质量检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2003，11：161-171.
[2]文海霞, 郑国勇. 低应变反射波法桩基检测的试验研究[J] .路基工程, 2009( 2) : 137-138
论文作者:林立
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/9
标签：应变论文; 桩基论文; 波速论文; 反射论文; 混凝土论文; 工程论文; 缺陷论文; 《建筑学研究前沿》2017年第14期论文;