摘要：本文针对低应变法在桩基浅部缺陷检测中的应用，结合工程实例，在简要阐述桩身浅部缺陷产生原因的基础上，分析了低应变法应用的原理，并提出此项技术在桩基浅部缺陷检测中的具体应用。分析结果表明，合理应用低应变法，可快速、准确、全面检测出桩基浅部存在的缺陷，及缺陷种类，值得大力推广应用。
关键词：低应变法；桩基；缺陷检测；传感器
引言：混凝土桩基在施工中极易受到多种因素的共同影响，频繁发生缩径、扩径、加泥、断桩、离析等缺陷，不利于桩基承载力和质量的提升。如果桩基缺陷接近地表面，则会大幅度降低桩基的极限荷载，影响桥梁总体结构稳定性。低应变法是目前桩基浅部缺陷检测中常用的方法，具有检测精度高、速度快等优势，具有良好的应用价值。
1 工程概述
某桥梁工程，所在区域地质结构为典型的喀斯特地貌，并且地下水位比较高，在施工区域分布着非常广泛的可溶性碳酸类岩石。溶沟、溶洞强烈发育，在桥梁基础施工中，采用钻孔灌注桩施工技术，设计强度为C30，桩径为1.0m，为保证桩基能够穿越溶洞顶板等一些不良地质，要求桩基如岩长度为数米至数十米。
2 桩基浅部发现缺陷的主要原因
就案例工程而言，工程所在区域地形地貌结构复杂，影响桩基施工质量的因素比较多，因此，引发桩基浅部缺陷的原因也比较多，主要原因包括以下几个方面：
第一，在混凝土浇筑时，浇筑量不足致使桩基头部混凝土存在少骨料或者无骨料问题，是影响成桩质量的主要原因之一。
第二，在混凝土浇筑过程中，导管进入混凝土过深，或者没有及时提出导管，超过混凝土初凝时间，再拔管就会导致混凝土内部发生空洞、蜂窝等质量缺陷【1】。
第三，在钻孔灌注桩施工中，机械震动或者碾压等外力损伤了桩基浅部，从而引起浅部桩基缺陷。
第四，地质条件复杂，施工工序难以顺利开展，也是引起本工程桩基浅部缺陷的主要原因。
3 低应变法检测桩基浅部缺陷的原理
低应变法检测桩基浅部缺陷的关键是一维弹性杆件，主要检测原理是通过桩顶来激励形成微小应变，促使桩基内部发生波动。通过桩基顶部安装的传感器来接收不同波阻抗截面的反射波，并详细记录，桩顶到桩身弹性波传播的幅值-时间曲线，再对桩身波阻抗的变化情况进行综合分析，就可以获知桩基浅部去缺陷的实际情况，包括：缺陷种类、性质、位置、规模等。
4 低应变法在桩基浅部缺陷检测中具体应用
4.1切实做好检测前的准备工作
进行低应变法检测的桩基混凝土强度至少要达到设计强度70%以上，或者期龄超过14天以上的桩基。有施工单位填写检测委托书，经过建设单位审批通过之后，才能进行检测【2】。至少要提前2~3天交给现场检测人员，而施工单位需要向低应变力检测方提供桩基检测相关资料。为保证检测精度，在开始检测之前，要切实做好以下准备工作：
第一，切除桩头部分，直到露出设计桩顶标高。
第二，要保证受检测桩基的桩顶混凝土质量、截面尺寸及桩身设计等符合设计要求。
第三，钻孔灌注桩要凿除顶部浮浆和松散破损部分，直到露出内部坚硬混凝土表面为止。
第四，保证被检测的桩基表面平整、干净、无积水。
第五，混凝土实心桩在桩中心打磨出直径在10cm左右的检测平面，保证平面水平。在距离桩中心约2/3半径位置，对称打磨2~4处，直径不能低于6cm的平面，并保证打磨面水平密实，在本工程施工桩基浅部缺陷低应变力检测中，不同桩径所对应的打磨点数及具体位置图如1所示：
图 1不同桩径所对应的打磨点数及具体位置图
如果桩头和垫层相互连接，表明该桩基浅部位置极有可能存在截面阻抗不均匀问题，会对低应变法检测信号造成不同程度的影响。因此，在开始测试之前，必须断开桩头侧面和垫层之间的联系。以胶泥或者黄油作为低应变法检测的耦合剂。如果桩基位于基坑内部，则在开始检测之前要抽干基坑中的水分，并搭设梯子，便于检测人员上下。并对被测桩基的各项资料进行收集，包括：工程概况、设计参数、工程地质、施工记录等多项内容。
4.2 合理安装传感器
低应变法检测桩基浅部缺陷时，传感器的安装是重中之重，安装质量对现场检测信号采集的影响非常大，并且在传感器安装中，要保证耦合剂和桩面紧密粘结，并保证传感器和桩基顶面的垂直度，安装桩基施工实际情况合理选择激振设备，传感器，检查系统各部分之间要保证连接牢固性，保证各项检测系统都时刻处于最佳的工作状态。
4.3采集检测数据
通过现场对比试验，确定最佳的激振参数，在本工程桩基浅部缺陷检测中采用了轻锤脉冲激振，为保证激振效果，需要在激振部位，铺设一层橡胶垫，以获得更好的实测信号。通过改变力锤的重量及材料，改变冲击入射波的脉冲宽度及频率。如果锤头的刚度比较小，冲击入射波脉冲比较宽，含低频成分【3】。而冲击力过大，能量比较大，应力波衰减比较慢，多适用于桩基下部缺陷检测中。如果锤头的刚度比较大，冲击入射波脉冲比较窄，含高频成分比较多，冲击力比较小时，虽然冲击能量也不比较小，但更适合桩基浅部缺陷检测及识别。如果桩基的长度比较大，则要尽量选择低频检波器，通过重锤敲击的方法来获得实测曲线，然后再用高频检测波，轻锤敲击的方法，来获得浅部鉴别曲线。
在进行桩身型波形信号采集过程中，需要合理调整增益及激振频率来保证桩身的反射特征更加清晰，每个检测点记录的有效信号，不能少于3个，保证波形具有良好的一致性，针对存在缺陷的桩基，要采用多种激振频率进行多次检测，从而获得充分的缺陷特征分析资料，保证桩基浅部检测效果。
4.4检测数据分析和判断
对波形、波幅、频率等特征进行全面系统的分析，然后充分结合受检测桩的施工工艺、地质条件等参数上来合理判断桩基缩径、扩径等缺陷。然后对桩基的完整性进行判别，完整性类别在判断过程中，必须符合各项判定标准及规范【4】。如果检测结果超过了有效检测范围、桩底反射不够明显、实测信号无规律等，无法准确判断桩身的完整性，就要结合其他检测方法，进一步判断桩基的完整性，保证检测结果。
4.5复测验证和处理
针对桩基存在的浅部缺陷，可采用开挖方法进行重复检测验证，开挖深度控制在1~3m之间，如果施工现场条件允许，可适当提升开挖深度。如果检测结果显示，波速比较低或者怀疑混凝土强度不足，要及时分析原因，对比其他同等级的桩基之后，发现强度等级依然存在波速异常问题，要立即联系业主和现场工程监理部门，通过其他检测方法重新检测【5】。如果怀疑桩基深部存在缺陷或者桩底沉渣过厚，也要及时联系业主和监理部门，通过钻芯取样法进行进一步验证。并提供低应变检测原始资料，对存在有争议性的检测结论，可由第三方检测单位重新验证。
4.6编写检测结果报告
按照《建筑桩基检测技术规范》中的规定，除桩基完整性检测的实测信号曲线之外，在桩基检测报告中还要包括以下内容：工程概况和岩土工程条件描述；检测方法、检测原理、仪器设备及检测过程的描述；受检测桩基的桩号、桩位平面图、相关施工记录；桩身完整性描述、缺陷位置、种类、规模等的描述。
结束语
综上所述，本文结合实际案例，分析了低应变法在桩基浅部缺陷检测中的应用，分析结果表明，桩基浅部缺陷检测是衡量桩基施工质量的关键。应用低应变法，可快速准确的对桩基浅部缺陷进行全面系统检测，为缺陷处理及后期施工提供真实有效的数据支持及理论指导。
参考文献：
[1]陈铁，荣学亮，胡晓娟.低应变法在微桩承载力检测中的应用[J].科技通报，2018（6）：169-171.
[2]彭方明.预应力混凝土管桩检测中低应变反射波法应用研究[J].安徽建筑，2019（5）：142-143.
[3]娄学谦.灌注桩复合缺陷的低应变反射波法检测实例分析[J].水运工程，2018（7）：182-185.
[4]张勇，李瑛.开展低应变法检测桩身完整性能力验证活动的体会与思考[J].陕西建筑，2017（7）：8-10.
[5]谢瑞.声波透射法在桥梁桩基完整性检测中的应用[J].工程建设与设计，2018，No.389（15）：73-74+77.
论文作者:倪益
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/16
标签：桩基论文; 缺陷论文; 混凝土论文; 传感器论文; 工程论文; 完整性论文; 信号论文; 《基层建设》2019年第26期论文;