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，在简要阐述低应变法检测桩基浅部缺陷原理的基础上，分析了导致桩基浅部发生缺陷的主要原因，并提出低应变法具体的应用方法。得出科学合理的应用低应变法，可有效检测桩基浅部是否存在缺陷，并为缺陷处理提供真实有效参考依据指导的结论，希望对相关单位有一定帮助。
关键词：低应变法；桩基浅部；缺陷检测；频域精度
引言：桩基工程属于典型的隐蔽性工程，其施工质量直接决定了整个工程结构的稳定性。桩基在施工会受到众多外界因素的影响，经常发生缩径、扩径、夹泥、倾斜、离析、断桩等质量缺陷，因此对桩基浅部缺陷进行检测具有非常重要的现实意义。在具体检测中，低应变法具有理论依据充分、检测方法简单、波形判读直观等优势，可准确检测出桩基浅部存在的各种缺陷，并对缺陷位置进行定位。随着科学技术的不断发展，各项技术愈发完善，已经被广泛应用在桩基检测中。
1、低应变法检测桩基浅部缺陷的原理
众所周知，混凝土桩基的强度远远大于周围土层强度，如果在桩基顶部发出弹性应力波，则会沿着桩基四周传播，而桩基浅部缺陷位置上的波形阻抗和正常混凝土的波形阻抗有很大差别，因此，通过对缺陷反射波进行分析，就可以判断出桩基存在的缺陷的种类和位置。比如：根据相位和频率变化的不同，可判断出桩基浅层是否存在缩径、扩径、松散、夹泥、离析等缺陷。而通过振幅变化的大小则可以准确判断出桩基存在缺陷的程度，是否会影响桩基的稳定性和承载力。桩基浅层缺陷位置的计算公式为：
此公式中x表示桩基缺陷距离检测点的位置（m）；
表示在弹性应力波速度第一峰值和缺陷反射反射波的时间差（ms）；c表示桩基波速（m/s）；
则表示频幅信号曲线上缺陷相邻谐振峰之间的频差（Hz）。
2、桩基浅部发生缺陷的主要原因
大量工程实例表明，桩基浅部施工中，常见的缺陷有夹泥、断裂、裂纹、缩径、空洞、离析等缺陷，而离析和夹泥是最为常见的缺陷。而导致上述缺陷发生的主要原因体现在两个方面：
地质因素：桩基在施工中受到软土、流砂、地下水等因素的影响，导致桩基四周存在空洞，在混凝土注浆时发生了渗漏浆，从而引发缺陷【1】。
工艺因素：1）在混凝土浇筑时，没有按照设计标准件浇筑，导致桩基头部混凝土骨料比较小，而浮浆多，从而降低了桩基的质量；2）在混凝土浇筑时，导管抽拔速度过快，没有达到设计标准，导致泥浆发生顺壁下流现象，这一点也是导致混凝土发生离析和夹泥缺陷的主要原因；3）负水头影响比较大，导致护桶下方软土层在实际灌注时，发生混凝土上翻问题，从而发生夹泥缺陷；4）在最后灌注时，受到外界因素的干扰，容易发生灌注中断问题，虽然上部混凝土已经接近初凝，但泥浆残渣仍然处于下沉状态，而再次灌注时就会发生严重的夹层现象。
3、低应变法在桩基浅部缺陷检测中的应用
3.1工程概述
某工程桩基为CFG桩，由碎石+水泥+水等拌和成，强度等级为C20，桩基长度为8~12m，桩径为500mm，呈梅花桩布置，该区域土质比较松散。
3.2低应变法现场检测方法
先把桩基顶部灌浆凿平，促使桩顶露出新鲜表面，为提升检测的精度和效果，还需要对表面进行整平处理，表面露出的钢筋不易存在大幅度晃动；其次将传感器合理固定在桩基顶部，并采用锤击测试；然后如果反射出的测试曲线存在异常波形则需要进行及时研究，如果受到不良因素的干扰，则要重新测试，具体检测方式如图1所示：
图1 低应变法现场检测方法图
在振源频率选择时，可采用尼龙锤和小铁锤进行锤击，重量不宜超过50g，分别产生低频和高频应用波，在选择加速器时，要充分考虑加速器的相应速度和灵敏度满足要求。
3.3检测仪器参数
在采样时要选择全通采样法，确保所有的频率信号都能顺利通过，在采用低应变法进行检测时，为提升检测精度，应力波的频率不能低于10kHz，但通常情况下，为更好的满足采样定理需求，往往采用大于2倍最低频率进行检测，在案例工程检测中，采用了40kHz频率【2】。
时域信号记录时间在达到2L/c时还要后延至少5ms，比如：检测桩基的长度为10m，在反射波波数不能低于3400m/s。采样点数不能少于1k，如果应力波的频率为40kHz，则采样时间应为25ms（1k/40kHz）才能满足实际需求。
4、检测结果分析
低应变法在桩基浅部缺陷检测中应用时，要先通过尼龙锤进行激振处理，当产生的应力波曲线低频宽幅大摆动振动特征时，则表明桩基中存在浅部缺陷，而为更加准确的确定缺陷位置，则要重新改为小铁锤激振，从而形成频率更高的应力波来确定缺陷发生的实际位置，具体情况如图2所示：
图2 小铁锤激振的频谱图
就案例工程而言，在初期检测时，按照20%的频率进行抽样检测，检测结构发现，桩基中发生了大量浅部断裂桩，主要位于0.5~1.5m之间，其中80%桩基断裂长度在1m以下，具体开挖验证图如图3所示：
从图3中可以看出，在桩基0.5m处发生了明显断桩，和低应变法检测结果基本一致，说明在桩基浅部缺陷检测中应用低应变法具有可行性【3】。从案例工程桩基缺陷检测中应用低应变法可看出，此项技术在具体应用中，具有以下几点特性：
第一，如果采用尼龙锤进行激振，则应力波曲线呈现低频特性，振荡频率低于350Hz，主要原因是尼龙锤激振时产生的振荡频率比较低，难以对桩基进行全面检测，只能产生浅部缺陷块体振动，因此，检测到的曲线仅仅是检测波和块体之间的共振曲线。
第二，在采用小铁锤进行激振检测时，当桩基缺陷深度超过0.7m时，应力波时域曲线则主要呈现多次反射波，可有效检测出桩基缺陷存在的位置和大小。当缺陷深度在0.3m~0.7m时，产生的应力波初期为正弦波阻尼振荡衰减曲线，会让检测人员误认为是由传感器自振引起的曲线。但进一步深入分析可知，第一段波为直达波，第二段波为直达波和缺陷反射波的重叠波，因此，其峰值略高于第一段波。而第三段波则桩基浅部缺陷的二次反射波，通过对频谱进行分析，就可以得到桩基浅部发生缺陷的实际位置。
第三，在进行小铁锤重激振时，桩基缺陷反射波会叠加到低频宽幅较大的摆动曲线上，由浅部缺陷多次反射而成形成的，其中也包括浅部缺陷和检测器自身共振的频率，需要进一步深入分析，才能确保桩基浅部发生缺陷的实际位置和类型。
第四，针对0.3m以下的深层次缺陷，则低应变法检测曲线主要呈现不规则的倒V形，同时包含更大的低频曲线特征，在进行敲击时，可听到“空空”声，此时通过尼龙锤水平锤击，可看到桩头的晃动情况【4】。
5、结束语
综上所述，本文结合理论实践，分析了低应变法在桩基浅部缺陷检测中的具体应用。得出以下几点结论：
（1）在工程桩基施工中，由于很多环节都在地下进行，大大增加了桩基施工质量的控制难度。因此，桩基发生缺陷是在所难免的，通过采用低应变法可真实有效的检测到桩基发生缺陷的位置，从而为缺陷处理提供真实有效的参考和指导。
（2）应用低应变法时要根据桩基实际情况和周围土质结果，选择与之相适的振源、激振方式、并选择与之相适的参数，应用结果表明，在桩基浅部缺陷检测中，应用低应变法来检测缺乏的位置具有一定的可行性。
（3）如果桩基缺陷比较浅，在通过时域曲线就可以准确确定缺陷的位置。从中可以看出将低应变法应用到桩基浅部缺陷中，具有很强的科学性和可行性，符合目前我国对桩基缺陷检测相关标准和规范的需求，值得大范围推广应用。
参考文献：
[1]苗伟，MIAOWei.低应变反射波法在灌注桩浅部异常检测中的应用[J].铁道勘察，2016（1）：71-74.
[2]马健，孟新秋，刘丽.大直径长桩低应变检测若干问题探讨[J].土工基础，2017（5）：648-650.
[3]杨力，朱帅润.低应变反射波法与声波透射法在桩基检测中的联合运用[J].科技创新与应用，2017（36）：115-116.
[4]赖刘保，刘国，赵翔.灌注桩桩身完整性检测的综合分析判定[J].工程质量，2018（3）：24-27.
论文作者:朱方敏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/15
标签：桩基论文; 缺陷论文; 曲线论文; 反射论文; 位置论文; 频率论文; 应力论文; 《基层建设》2018年第34期论文;