摘要：目前工程大多采用瞬态反射波法，即用瞬态激振设备，在桩顶激振，其在桩顶产生极小位移量，利用应力波在桩体内传播，反射，得到描述桩身情况信号。当波阻抗发生变化时，得到不同的信号曲线，通过曲线形态判断基桩产生异常。因波阻抗与多种因素相关，所以低应变法无法具体断定异常性质。当发现异常时，应采用其他辅助手段进行验证。
关键词：低应变法检测；几个问题
引言
低应变法是基桩完整性检测的重要手段之一，因造价低，时间短，可以说是目前绝大多数工程首选方法。但低应变检测基桩完整性，也有其局限性。其方法对桩身缺陷无法做定量判定，无法判定基桩的具体缺陷。所以当低应变法检测基桩发现异常时，需要通过其他手段，如开挖、钻芯等方法进行验证。本文通过现场测试时实际发生问题，简单分析应如何处理。
1基桩低应变检测方法的基本原理及实操要点
基桩低应变反射波法检测主要用于桩的完整性检测，通过对桩顶施加低能量瞬态激振，桩身及周围土体产生微幅振动，用仪器记录桩顶的速度及加速度，利用波动理论加以分析记录结果，定性判定桩身缺陷程度。发射波法的理论基础是以一维线弹性杆件模型为依据。当用小锤在桩顶敲击时，激振能量产生力波向下传递，若桩身阻抗变化：β＞1（即阻抗变大），如桩身某处扩径、或嵌岩效果良好的桩底反射等情况，那么反射波应力Fr就跟入射波应力Fi同号，而反射波速度Vr与入射波速度Vi异号（反相）；β＜1（即阻抗变小），比如桩身某处缩径或桩身强度减少，这时反射波的应力Fr与入射波的应力Fi异号，反射波速度Vr跟入射波速度Vi同号（同相）。实际上桩周还存在土阻力，假设上下层的土阻力较小，而夹层的土阻力很大，应力波沿桩身传播从软弱层通过硬层时，所产生的反射波跟入射波反相。在现场检测中，较好的实测波形应该是没有失真、干扰信号，包括传感器安装不良所引起的振荡干扰信号，起始信号不削波、速度曲线最后要归零、信号无零漂，并有较明显的桩底反射波。其中实际操作中影响波形的主要因素有桩头混凝土的处理、传感器的选择及安装、锤的选择及敲击方式等。桩头要凿去桩顶浮浆、松散、破损部分，露出坚硬的混凝土表面，桩顶表面应平整干净、无积水，并跟桩轴线基本垂直；桩顶的强度、截面尺寸应与原桩身基本相同；妨碍正常检测操作的桩顶外露钢筋应割掉；被测桩跟垫层浇成一起时，不能测试，由于垫层的影响，信号会有较大的振荡。另外，锤的选择也比较关键。比如较长的桩宜选择脉冲较宽的入射波，以容易取得桩底反射信号；而桩径小、桩长较短的桩，则要选择脉冲相对窄的激振源。
2嵌岩桩持力层对波形影响
分析嵌岩桩的检测信号，首先要积累检测经验，注重收集相关检测数据，明确所测桩的工艺、地质特性、桩身混凝土强度、桩身入岩深度，再根据嵌岩桩检测曲线的特征，正确辨认嵌岩桩的入岩程度，才能对嵌岩桩测试曲线做出正确的分析和判断。对于嵌岩桩，普遍认为桩底持力层的基岩作为桩端的固定端，应力波在到达桩底后产生的反射波应符合n＜1时在桩中传播的特征（n为波阻抗比）。在《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106－2014）中也规定：当桩底时域反射信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同向时，应采取其他方法核验桩端嵌岩情况。但实际上，嵌岩桩的桩底反射信号对不同施工工艺的桩是不同的，一般来说，对于没用泥浆护壁或干作业的嵌岩桩，由于浇灌的混凝土从进入持力层开始就与岩石结合成一体，这样当应力波到达嵌岩面时就产生一个与锤击脉冲相反的反射信号（一般进入岩石是从强风化到中风化再到弱风化），真正的桩底信号很难测到。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于采用机械成孔且有泥浆护壁的嵌岩桩，由于桩侧有泥浆的原因，混凝土很难与基岩结合成为一体，测得的桩底信号跟桩底形成的沉渣有直接的关系，对信号仔细分析可定性判断沉渣情况：（1）桩底反射曲线是单一的与锤击脉冲相反的信号，则表明该桩桩底直接接触持力层基岩；（2）桩底反射信号先出现与锤击脉冲同向的信号，接着出现一个反向的信号，则是应力波先在沉渣界面反射了同向的信号，再穿过沉渣面到达基岩面并反射反向的信号，这种情况表明沉渣面厚度较薄，应力波还没有被沉渣阻隔并继续向下传到基岩层并反射信号回桩顶；（3）桩底反射信号为单一的与锤击脉冲同向的信号，这表明该桩桩底沉渣过厚，应力波在到达桩底后被沉渣所阻隔没有传达桩底基岩。
3低应变法检测实例
3.1某工程采用冲孔灌注桩，持力层为中风化凝灰岩，桩径为650mm，砼强度C40，通长配筋，有效桩长7．5m。工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性。问题分析：C40混凝土波速参考范围为3900-4100m/s，假定此基桩波速为4000m/s。按施工记录提供桩长计算桩底起跳时间约为3．75ms，波形中起跳点时间约为3．36ms，此位置约在6．7m。对于绝大多数嵌岩桩来说，时域曲线波阻抗变化面应为反向起跳，起跳位置于时域曲线反应不明显。此时域曲线起跳位置为同向起跳，可以判断此桩为异常桩。或桩长为6．7m，或桩身存在质量问题。按规范要求采用钻芯法验证桩端嵌岩情况。经钻芯法验证，此桩混凝土段长度为7．56m，桩端嵌岩较好，桩身于6．03-6．11m处发现离析层。
3.2某工程采用冲孔灌注桩，持力层为中风化凝灰岩，桩径为650mm，砼强度C40，通长配筋，有效桩长14m。工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性。问题分析：C40混凝土波速参考范围为3900-4100m/s，假定此基桩波速为4000m/s。按施工记录提供桩长计算桩底起跳时间约为7ms，波形中起跳点时间约为5．94ms，此位置约在11．88m。对于绝大多数嵌岩桩来说，时域曲线波阻抗变化面应为反向起跳，起跳位置于时域曲线反应不明显。此时域曲线起跳位置为同向起跳，可以判断此桩为异常桩。或桩长为11.88m，或桩身存在质量问题。按规范要求采用钻芯法验证桩端嵌岩情况。经钻芯法验证，此桩混凝土段长度为12．1m，桩端为含粘土碎石，17．8米见中风化凝灰岩。
3.3某工程采用冲孔灌注桩，持力层为中风化凝灰岩，桩径为650mm，砼强度C40，通长配筋，有效桩长10．5m。工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性。问题分析：C40混凝土波速参考范围为3900-4100m/s，假定此基桩波速为4000m/s。按施工记录提供桩长计算桩底起跳时间约为5．25ms，对于绝大多数嵌岩桩来说，时域曲线波阻抗变化面应为反向起跳，起跳位置于时域曲线反应不明显。此时域曲线5．25ms处有一反向起跳推断为桩底，曲线形态较好，可判定为一类。
结语
通过以上实例，我们发现低应变法检测基桩完整性发现问题要谨慎分析：（1）一般认为混凝土标高越高，波速越高，甚至把混凝土标号与波速挂钩，这几年逐步淡化这种认识，标号与波速存在一些关系，但不能死套，特别是初学者，不要进入模式化，要具体问题具体分析；（2）当桩体出现异常时要分析原因，由于低应变法本身所限，不能轻易给出结论，应配合其他方法进行验证，当桩头出现异常时，应首先排查人为因素，是否为操作不当造成的假象，其次桩头测试位置是否符合要求，桩体浅部位置可以采用开挖方式，桩体深部可以采用钻芯法，长桩可采用超声透射；（3）要明确低应变法的几种典型曲线，在实际测试中加以运用。特别要注意桩身渐扩后恢复的反射及扩径突变处的一次二次反射。
参考文献：
[1]建筑基桩检测技术规范[S].JGJ106-2014.
[2]建筑地基基础检测规范[S].DBJ15-60-2008.
[3]刘屠梅，赵竹占，吴慧明.基桩检测技术与实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.
论文作者:胡晓维
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/11
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