欧兆腾
中水珠江规划勘测设计有限公司 510610
摘要：文章介绍了桩基动力检测中的低应变反射波法的基本原理和操作要点，检测准备工作、数据的采集和处理，分析了各种影响检测数据的因素，并提出了这种方法存在的一些缺陷，举例说明了依据数据判别桩基实际情况的一些经验方法。
关键词：桩基础；检测技术；动力检测；低应变
引言
随着我国城市化进程的加快，建筑事业得到了快速发展，桩基作为重要的基础形式，得到了广泛应用。桩基工程施工隐蔽性高，一旦发生质量问题，很难进行检测，且非常难以处理，影响桩基工程施工质量的因素很多，如基础与结构设计、岩土工程条件、工程技术人员施工水平、桩土体系的相互作用等。可见，加强桩基施工质量的检测，是确保整个桩基工程顺利验收的关键，桩基施工质量不达标，必然会对桩基工程的质量与安全使用造成重大影响。然而由于桩基施工质量影响因素众多，因此，如何快速有效检测工程桩的施工质量，一直是困然土木工程界的一大难题，为此世界各国很多研究人员都致力于寻找解决这个问题的方法。本文介绍了一种比较有效的工程桩施工质量检测方法即低应变法桩基检测方法。
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。下图即显示了低应变法的检测示意图。
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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λ＞＞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、低应变法的检测步骤
(1)前期准备工作
①进场前应预先搜集工程的成桩工艺、桩的直径、桩的长度、成桩时间、桩的强度等信息。
②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。
③确定桩头达到设计标高后，将其清理干净，确保桩头平整无破顺，此外，为方便传感器的安装，需要用砂轮打磨出3～4个直径8～10cm的光面。
(2)采集野外数据
①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，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。
②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，使用力棒敲击桩顶时，不能损坏桩顶，最好对现场击锤人员展开相应培训，从而掌握敲击质量。
③选择信号。前几根桩的检测可以为整个桩身的检测提供一个大体印象，便于预测后面桩体的检测质量，从而提高检测效率。桩身质量不理想时，可以就地重复检测，记录两次以上的检测结果，进行对比分析。
(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。
①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。图2显示的是某一高速公路桥梁的完整钻孔灌注桩，采用的是强度等级为C25的混凝土，桩长度为47.0m，桩的直径为1.2m，波速为3960m/s。.jpg)
②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，下图显示的是一个直径为1.4m的桩在2.9m处的缩颈特征，后经检查发现原来是因为该桩使用了厚度为9cm的混凝土护筒，与桩混凝土浇筑在一起，从而使桩顶直径增加到1.59m，因此在护筒底部形成缩颈。这类钢护筒会在检测曲线上形成较为明显的缺陷反射，对缺陷的判断形成误导，因此，一定要进行综合分析。
③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。
④扩颈引起的反射。以某一工程为例，使用人工挖孔进行灌注桩的扩底，混凝土的设计强度为C30，桩的直径为1.2m，长度为7m。采用低应变检测技术检测的波形图如下图所示，从图中可以看出，5.9m位置出现了较为明显的扩颈，在工程设计上属于扩底位置，该位置已经达到中风化岩层，较好的符合了工程实际情况。
（下转第226页）三、低应变法的缺陷
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。
(1)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。
(2)难以定量分析。目前低应变法只能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。
(3)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：
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①缺陷反射波的幅值受到影响；
②应力波衰减速度大大增加；
③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6-60cm时测量效果较好。
结束语
低应变法比较适合于桩基的检测，但是需要意识到的是各种桩基检测方法都存在一些缺陷，为此，我们仍然需要不断努力，不断提高桩基质量检测的准确性。
参考文献:
[1] 刘晓萌. 反射波法桩基检测原理及应用. 西部探矿工程, 2010.
[2] 邓统辉. 低应变反射波法在桩基检测中的应用. 山西建筑, 2011.
[3] 黄晓鸥. 桩基检测方法综述. 科技咨询导报, 2007.
[4] 张协溪. 低应变动测在桩基检测中的应用. 交通科技与经济, 2009.
论文作者:欧兆腾
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/24
标签：桩基论文; 应力论文; 反射论文; 传感器论文; 缺陷论文; 质量论文; 波形论文; 《防护工程》2018年第13期论文;