摘要：低应变反射波法是最常用的桩完整性测试方法之一，但在测试中往往受到许多因素的影响。其中浅层缺陷对桩的完整性和承载力的影响极其重要，如何更好地辨别桩的浅层缺陷是我们值得研究的问题。
关键词：低应变；完整性；浅层缺陷
1.原理
低应变检测常用于桩基完整性测试，基本原理：将激励信号施加到桩的顶部以产生应力波，当应力波沿桩身传播时，遇到变化的界面（如颈缩，蜂窝，泥土，裂缝，孔洞等）和桩底，将产生正或负方向上的反射波，并且检测和分析反射波的波形特性、传播时间和波幅以确定桩的完整性。
低应变反射波的基本原理是首先简化桩并将其假设为一维弹性构件模型，并通过定义波阻抗的概念来反映桩截面的变化。然后根据弹性波的传播理论，桩顶施加的应力使应力波通过桩体传播。通过安装在桩顶部的加速度或速度传感器接收来自每个部分的反射波，并产生从桩顶到桩体弹性波传播的幅值 - 时间曲线。判断桩身的缺陷程度、确定缺陷的位置。
2.产生浅层缺陷的原因和低应变检测存在的问题
2.1产生浅层缺陷的原因
发生浅层缺陷的原因有很多，特别是预应力桩浅部有硬夹层、土层较差或两截桩焊接后等待冷却时间不够长。
2.2低应变检测存在的问题
低应变测量方法通常用锤子在桩顶部进行激励。在近桩头可相似认为半球形波，当远离桩头后可相似认为平面波。由于传感器只能接收平面波，因此通常认为在桩的顶部附近将存在测试“盲区”。如果“盲区”存在缺陷，我们将难以区分它。在实际测量中，由于桩相对较长，振动源的激励频率较低，很易就将缺陷反射波覆盖了，所以准确判定基桩浅层缺陷在低应变检测中是比较难的。而且由波长公式：λ=V/f，当振动频率小，在波速一定的情况下，波长就大，不满足波长远小于缺陷深度的要求，不满足波动理论。因此，一维弹性连续杆不能准确解释表面波的波形所产生的应力波理论。
3.现场检测方法
在现场检测桩的过程中，使用锤子。当波形出现低频宽幅大摆动的曲线时，此时能基本确定浅层有缺陷，需要激振提高入射波频率定量确定浅层缺陷位置，才能使入射波不覆盖缺陷反射波。仪器参数设置合理。从而增加采样时间并提高频率分辨率。当然，还必须使用具有适当频率响应范围的加速度或速度传感器，并且使用耦合材料将传感器安装在桩头的正确位置。由此更精确地测量桩的浅层缺陷位置。
4.现场实例分析
1.激振入射波频率的影响
图一
图二
图一、图二是同一跟桩，采用橡胶锤激打，黄油粘结。
图一先用大橡胶锤激振发现桩的浅部有“大振幅的，低频宽幅的大摆动”的波形特征。图二再用小橡胶锤测试后桩后发现桩头位置有明显的缺陷反射波，从而更有力地判断浅层缺陷。
检测完成后，委托方组织现场开挖，发现桩身在桩顶下1.6m处发生局部断裂。所以，因为采样频率不当，导致桩身的浅层缺陷被入射波所覆盖。
2.传感器安装位置的影响
图三、图四传感器安装在1和2两个不同位置的桩的浅层缺陷的曲线。因此，传感器的安装位置在判断桩的浅层缺陷中起着重要作用。
由于基桩的尺寸效应，传统的一维应力波理论在低应变基桩检测中受到限制。为了提升低应变检测的精确度和适用性，在现场检测中必须采用有效手段，以减轻高频信号干扰的影响。根据理论计算，对于设置在管桩距桩中央2R / 3的传感器，这种高频干扰是最小的。然而，实际的桩形是不规则的、不均匀的圆柱体，因此高频干涉振幅的最小点不是2R / 3。我们只有通过不断经验积累和尝试才能得到精度更高的数据。
图三
图四
图五
5.结论
（1）在现场检测前首先了解项目情况，混凝土龄期、桩径、混凝土强度、桩长等，如果桩长大于10米，采用激振频率比较低的锤进行击打，便于找出桩底反射信号，如果桩长小于等于10米，采用激振频率比较高的锤进行击打，可以很容易地检测桩身是否存在浅层缺陷。
（2）现场采集时，如果桩底没有反射信号，应减少采样周期，认真分析桩身有无严重缺陷，信号是否被多次反射，结合频谱和相关谱进行进一步分析，以确定桩的浅层是否存在严重缺陷。
（3）为了提高检测的准确性，安装传感器的耦合剂不宜过多，传感器和桩头应牢固粘接。否则，耦合剂会吸收一些高频信号，导致信号误判和失真。
（4）在时域曲线分析中，不能为了信号顺眼，人为地对曲线进行多重滤波或平滑。影响高频信号反映在曲线中，从而无法找到桩的浅层缺陷。
（5）时域曲线中的首波脉冲不应太宽。发现首波信号不正常时，应用小锤进行击打。从而更好地解决工程质量问题。
（6）当使用低应变方法检测桩的浅层缺陷时，它受到仪器和理论的约束。波形判断具有不确定性和局限性，应与施工记录、地质情况和开挖条件相结合判断。
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论文作者:莫穗驱
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/18
标签：缺陷论文; 应变论文; 浅层论文; 反射论文; 传感器论文; 桩头论文; 信号论文; 《基层建设》2019年第6期论文;