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摘要：低应变反射波法是基桩检测中常用的方法之一。本文结合工程实例，对预应力混凝土管桩偏斜检测中低应变反射波法的应用展开了研究，介绍了低应变反射波法应用于预应力混凝土管桩偏斜检测的实例，并对检测结果进行了分析。
关键词：预应力混凝土管桩；低应变反射波法；应用
引言
预应力混凝土管桩是当前建筑工程中大量应用的基桩形式之一，是预应力技术与离心制管技术相结合的产物，具有桩身质量稳定、施工进度快、承载力高等优点。但是在预应力混凝土管桩施工过程中，由于打桩时常常会受到各种因素的影响，导致预应力混凝土管桩出现偏斜的现象，影响整个工程的质量和安全。因此，对预应力混凝土管桩进行偏斜检测十分必要。
1 低应变反射波法检测原理
低应变反射波法建立在波动理论基础上，将桩假设为一维弹性连续杆，在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，波阻抗将发生变化，从而产生反射波，经接收放大，滤波和数据处理，可以识别来自桩身不同部位的反射信息；通过对反射信息的分析计算，判断桩身混凝土的完整性；同时，根据平均波速校核桩的实际长度，判定桩身缺陷程度及位置。
根据应力波理论，有
VR＝错误！未找到引用源。V1
其中，VI、VR分别为入射波和反射波的质点速度（m/s）；Z1、Z2分别为反射界面上、下部广义波阻抗（N•s/m）。
（1）当桩身没有缺陷时，Z1＝Z2，VR＝0，桩身内部不存在反射波，只存在桩底反射。
（2）当桩身存在缺陷时，Z2＜Z1，VR与VI同号，即实测时域反射波曲线上反射波与入射波同相；相反，当波阻抗增大时，Z2＞Z1，VR与VI反号，即实测时域反射波曲线上反射波与入射波反相。
2 低应变反射波法应用于预应力混凝土管桩检测
2.1 检测时间
预应力混凝土管桩在施工后应尽快进行低应变检测。由于预应力混凝土管桩施工后不涉及桩身混凝土的龄期、强度问题，这样就给桩施工后短时间内进行低应变检测提供了条件。众所周知，桩周土的阻抗对反射波信号有较大的影响，在桩施工后短时间内，桩周土受扰动尚未恢复，桩周侧阻力小，这样反射波的能量衰减就小，测得的信号清晰，提高了曲线分析的准确度和可靠度。同时，由于低应变检测进行的时间早，可以为后续检测方法提供较好的技术参数，使后续的检测方法（如单桩竖向静载荷试验、高应变动力检测等）更具有针对性。
2.2 激振方法
激振锤及振源频率的选择对能否获得良好信号非常关键。不同直径和长度的桩底以及缺陷的深浅不同所要求的最佳激振频率都有所不同。激振能量大，频率低，激振信号穿透力强，衰减慢，适宜检测深部缺陷及桩底；高频成分丰富的应力波方向性好，能探测的缺陷精度高，但衰减快，适宜探测浅部缺陷。由于预应力混凝土管桩直径一般较小，桩长较长，长径比（L/ d）较大，并且是挤土桩，桩周土阻尼较大，休止一段时间后，低应变反射波法检测时容易出现桩底反射不明显甚至没有桩底反射的现象。出现这种情况时，不要为追求桩底反射，一味地用低频重锤，加大锤击力度，这样会淹没部分浅部缺陷（如裂隙等），影响测试结果。
进行低应变反射波法检测时，可以多配带几种激振设备，首先使用频率高一些的小锤（如PIT 仪器携带的击锤）激振，在确认没有浅部缺陷的情况下，可再用重锤低频激振，以求明显的桩底反射。
2.3 激振点的位置
预应力混凝土管桩的桩型和其他预制桩或灌注桩相比，明显特点就是中空。当激振时，预应力混凝土管桩的空腔有时会使桩体产生一种低频振动，从而干扰正常应力波的传播，使波形产生畸变，影响测试结果。经过多次的对比发现，当在同一直径的两端时，空腔的影响最大，随着传感器与激振点的逐渐接近，影响变得也越小。《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106 —2003）要求空心桩的激振点与测量传感器与桩中心连线形成的夹角宜为90°。不同的激振力度和激振设备，激振的最佳点有所不同，可以在实践中掌握。
2.4 传感器的安装位置和重复测试
用低应变反射波法检测大直径桩时，传感器的安装位置很重要，同时应变换传感器位置重复测试。在有些工程中，由于工程的需要，预应力混凝土管桩以一定的角度斜向打入地下；在自然放坡的基坑中，由于侧覆土压力的作用，桩身也会产生不易察觉的倾斜。这时，由于桩身两侧所受的土压力不同，桩身容易产生张裂隙；并且随着时间的推移，裂隙有可能继续发展，从而导致桩身断裂，影响工程质量。此时如果仅仅进行单次测试，并目传感器安装在桩身倾向的一侧，就有可能不能发现桩身缺陷，从而导致误判。检测倾斜桩或具有倾斜趋势的桩时，应首先将传感器安装在桩身受拉应力的一侧，并要重复测试。
3 偏斜预应力管桩低应变检测实例分析
3.1 工程概况
3.1.1 基本概况
本工程为18层高层住宅，底层为整体地下车库，主体为框剪结构，底部采用桩基础，主要桩型为PHC600A130、PC600A110两种，采用静压法进行施工。工程场地西南侧原为水塘，后回填平整，其他区域以菜地为主。地下室开挖深度约5.0m。基坑开挖前静载试验所得结果满足规范和设计要求，基坑开挖后发现基坑西南侧部分工程桩发生严重偏斜，桩身完整性情况有待检测判定。
3.1.2 地质概况
据本工程的岩土工程勘察报告，本工程场地勘探深度范围内可划分为10个工程地质层，细分为20个工程地质亚层，基础位于地下水位以下，场地岩土种类较多，均匀性较差，性质变化较大（表1）。本工程场地属珠江三角洲冲积平原，主要特殊性岩土为软土，未发现岩溶、滑波、泥石流、地面沉降等不良地质作用。其中，软土层②-2为泥炭质土，埋藏较浅，厚度较薄（0.30～0.90m）；③-2为淤泥质黏土，厚度变化大（1.20～17.20m，由东向西逐渐增厚），具有高压缩性、高灵敏度、低强度等特性。
3.2 检测前的准备工作
（1）保持桩头的平整、完好，锯掉松动部分，最好在设计标高附近检测，以避免桩帽所产生的杂波对测试工作的影响。
（2）最好选用加速度传感器，以保证足够的频响范围（本文所列波形除158#为速度计测试外其他均为加速度计测试）；传感器与桩面一定要紧密连接，以提高安装谐振频率，防止震荡信号的出现。
（3）传感器安装位置和激振锤敲击点的位置应符合规范的要求，即空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，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。
（4）由于接桩处焊缝的影响，当接头较多并且焊接质量较差时一般难以见到桩底反射信号，而管桩直径远小于钻孔灌注桩和人工挖孔桩的直径，所以一般选用尼龙材质锤头的中型力棒即可，若需了解桩身的浅部情况，可更换小质量的手锤。
3.3 低应变反射波法检测结果
3.3.1 基本检测
桩基施工完成后，对部分工程桩进行基本抽样检测，检测结果发现场地西南侧部分预应力管桩偏斜严重，且存在明显缺陷。根据对施工现场遗留而尚未打入地下的预应力管桩进行检测，管桩在空气中的波速约为4250m/s。如图1（a）是620＃工程桩（桩长49m，桩径600mm）的低应变反射波法曲线，从波形上看，在距桩顶11m、22m、33m左右存在与入射波同相的反射，且幅值较大，22m、33m处同相反射为缺陷位置多次反射，幅值依次衰减，判定为缺陷桩（Ⅲ类桩），距桩顶11m左右断裂。图1（b）是704＃工程桩（桩长49m，桩径600mm）的低应变反射波曲线，从波形上看，在距桩顶12m、24m左右存在与入射波同相的反射，并依次衰减，判定为缺陷桩（Ⅲ类桩），距桩顶12m左右断裂。基本检测结果显示，偏斜工程桩大部分在第一节焊接处断裂，存在明显缺陷。
图1 工程桩基本检测低应变反射波曲线
3.3.2 纠偏后复测
根据低应变反射波法基本检测的结果，对偏斜工程桩进行纠偏处理。为防止在纠偏过程中因纠偏而产生桩身二次断裂，根据设计要求在纠偏完成后进行复测。如图2（a）是620＃工程桩纠偏后的低应变反射波法曲线，从波形曲线上看，与纠偏前基本测试曲线图1（a）相似，同相反射幅值略有减小，但在11m、22m、33m处仍存在多次反射，依旧判定为缺陷桩（Ⅲ类桩），距桩顶11m处断裂。图2（b）是704＃工程桩纠偏后的低应变反射波曲线，波形与基本测试图1（b）相似，在距桩顶12m、24m左右依旧存在与入射波同相的反射，仍判定为缺陷桩（Ⅲ类桩），距桩顶12m左右断裂。纠偏后复测结果显示，偏斜工程桩经过纠偏处理后依旧存在明显缺陷，无法满足设计要求。
图2 工程桩纠偏后复测低应变反射波曲线
3.3.3 灌芯后复测
根据低应变反射波法纠偏后复测结果，设计单位要求对纠偏后工程桩桩芯加放钢筋进行灌芯补强处理，灌芯深度超过断裂位置2m，而后复测。如图3（a）是620＃工程桩灌芯补强后的低应变反射波曲线，波形曲线与基本检测曲线（图1a）和纠偏后复测曲线（图2a）相比，基本没有同相反射，判定该桩基本完整（Ⅱ类桩）。如图3（b）是704＃工程桩灌芯补强后的低应变反射波曲线，波形曲线与基本检测（图1b）和纠偏后复测曲线（图2b）相比，基本没有同相反射，判定该桩基本完整（Ⅱ类桩）。
图3 工程桩灌芯后复测低应变反射波曲线
3.4 静载荷试验结果
为验证纠偏灌芯后工程桩的承载力是否满足设计要求，对620＃和704＃工程桩分别进行竖向抗压静载荷试验，所加最大荷载均为4480KN。图4（a）和图4（b）是620＃和704＃工程桩纠偏灌芯补强后静载荷试验所得Q-S曲线。由图4可以看出，Q-S曲线正常，总沉降和沉降速率满足规范要求，单桩竖向抗压承载力满足设计要求。
图4 纠偏灌芯后静载荷试验Q-S曲线
4 结语
综上所述，在预应力混凝土管桩施工过程中，由于许多因素的影响，常常会出现预应力混凝土管桩偏斜的现象，影响工程整体的质量及安全。因此，在工程施工中，要应用合理的检测方法检测预应力混凝土管桩的偏斜情况，为偏斜预应力管桩的处理提供科学而可靠的依据。本文通过应用低应变反射波法检测基桩偏斜情况，取得了良好的成效，可供参考借鉴。
参考文献：
[1]张健奎，蒋明慧，王敏.低应变反射波法在PHC管桩完整性检测中的应用分析[J].价值工程.2015（06）
[2]孔文栋，陈治然，蒋元海.预应力混凝土管桩基础倾斜后工程纠偏方法简述[J].混凝土世界.2015（01）
论文作者:汤志成
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/6
标签：反射论文; 应变论文; 预应力论文; 工程论文; 混凝土论文; 曲线论文; 复测论文; 《基层建设》2016年11期论文;