试析桩基低应变检测的技巧

徐翔

摘要:本文针对桩基低应变检测的技巧，结合理论实践，在简要阐述桩基低应变检测原理的基础上，分析了桩基低应变检测需要满足的条件，并提出桩基低应变检测的技巧。分析结构表面，桩基检测是衡量桩基施工质量的关键，低应变检测具有操作方法简单、检测精度高优势，可快速获知桩基施工质量，为后期施工建设提供数据支持和理论指导，值得高度重视。

关键词:桩基；低应变检测；传感器；激振

引言:大量工程实例表明，钻孔灌注桩是一种质量有保证、安全可靠的基础形式，被广泛应用在各大建筑施工建设中。但钻孔灌注桩多在地下或者水下进行，不同地质条，成孔方式、施工工艺存在较大差别，影响施工质量的因素比较多，容易发生质量缺陷，如：缩径、扩径、夹渣、断桩等，为准确获知钻孔灌注桩施工质量，需要对桩基施工质量进行全面检查，低应变检测技术就是常用的桩基检测技术。基于此，开展桩基低应变检测的技巧的分析研究就显得尤为必要。

1 桩基低应变检测原理

桩基低应变检测的原理是在桩基顶部施加一定的激振信号，形成应力波，应力波可沿着桩基传播，如果桩基成分均匀，则应力波的传播速度基本保持一致。但如果遇到缺陷，如蜂窝、夹渣、断桩、扩径、缩径等质量问题，应力波就会发生不同程度的反射，通过接收装置来接受反射波，并对反射波的传播时间、频率、幅值、波形等进行分析，就可以准确获知缺陷的种类、位置、大小等缺陷，为桩基质量评价提供数据支持。桩基低应变检测原理图如图1所示：

图1 桩基低应变检测原理图

2 桩基低应变检测需要满足的条件

并不是所有的桩基在施工质量检测中都可采用低应变检测法，需要满足一定的条件，包括以下几个方面：1）桩基的长度必须大于5m；2）瞬态激振脉冲的有效高频分量波长和桩基横向尺寸之比必须大于10；3）桩基的截面要呈现基本规则状态。桩基低应变检测比较适用于混凝土灌注桩、混凝土预制桩、复合地基增强桩基等，强度不低于C15的高强度桩基检测中。不适用于薄壁钢管桩、H型钢桩异性桩、砂土桩检测中。

3 桩基低应变检测的技巧

3.1加强检测前的准备工作

在桩基低应变检测之前，需要深入施工现场进行调查，收集工程地质资料，桩基施工工艺，施工记录等，了解和掌握施工过程中发生的异常情况，以便在实际检测中能够做到有的放矢，从而为桩基质量评价提供真实有效的参考和指导。

按照桩基实际情况，选择合理的激振设备、传感器及相关检测仪器，保证低应变检测系统能够稳定运行。常用的激振设备有力锤和力棒两种，锤垫要尽量选择工程塑料，也可以选择高强度尼龙或者锤垫用橡皮。如果是短桩或者缺陷比较浅的桩基，可选择刚度较大的力锤，以形成较窄的脉冲，提升分辨率。如果是长桩或者缺陷深度较大的桩基，可选择钢底比较小力锤，以减少入射波的脉冲宽度，提升传播距离，增大检测深度。

3.2合理处理桩头

处理桩头是桩基低应变检测的第一步，桩头处理效果，对低应变检测的精度有一定影响。桩基桩头处理现场图如图2所示：

图2桩基桩头处理现场图

桩头处理时需要凿除桩头顶部浮浆，直到露出新鲜的混凝土为止，保证桩头的材质、强度、截面尺寸等参数和桩基自身情况基本相同。激振点和传感器的安装点，需要进行打磨处理，去除松散是混凝土，打磨出直径在100mm左右的平面^【1】。保证桩头表面清洁、干燥、无积水、无破损，桩顶标高要和设计标高相互一致。

3.3合理安装传感器

当桩头处理完成之后，就可以开始安装传感器，采用石膏或者橡皮泥作为耦合剂，将传感器牢牢固定在桩头上，并保证桩头和桩身的垂直度。低应变检测的特性决定了传感器安装质量，对检测精度的影响非常大，因此，传感器和桩头的粘接层尽量薄一些，传感器的底面要和桩顶紧密基础，以免在检测过程中发生传感器脱落、松动等问题。 在混凝土灌注桩低应变检测过程中，传感器要尽量安装在距离桩体中心约三分之二的半径处，传感器到在桩体的最小距离不应小于半径的一半，尽量避免开展钢筋笼对低应变检测造成的影响。如果桩基的直径在800mm以下，则需要布置2个检测点，当桩基直径在800~1250mm时需要至少布置3个检测点，当桩基直径在1250~2000mm时，至少要布置4个检测点。预应力混凝土实心桩和空心桩监测传感器和激振点布置图如图3所示：

图3 预应力混凝土实心桩和空心桩监测传感器和激振点布置图

3.4严格按照规定进行激振

在混凝土灌注桩和混凝土预制桩低应变检测时，激振点要尽量布置在桩顶中心位置，且激振点和传感器安装点的中心连线夹角为90°。激振参数需要通过现场多次实验进行确定桩顶，应用力棒激振时，应当采取自由下落的方法，如果采用了力锤敲打，要保证力锤的作用力方向和桩顶面相互垂直。严格控制敲锤的轻重、落锤的垂直度等，保证信号采集效果符合低应力检测的要求。手锤手柄不易过长，否则引发横向振动

^【2】。敲击力尽量集中，且锤击方向要始终竖直向下，以保证振动模式单一有效，激振要做好干净利落，一气呵成，以保证低应力脉冲尽量为半正弦波。

3.5加强波形采集质量控制

在桩基低应力检测中，每个检测点至少要获得3个有效信号，且波形要满足重复性好、能够真实反映桩基实际情况、波形光滑、最终能够回归基线的要求。在进行桩身完整性检测室，要以时域曲线，频域曲线为辅，然后结合桩基施工工艺及施工记录，参照波形特征机进行综合分析判断。

3.5.1桩基波速平均值确定

如果桩基的长度已知，且低应变反射信号比较明显，则选择相同条件下不少于5根Ⅰ类，桩身的波速平均值可按照以下公式进行计算：

此公式中，Cm表示桩身波速平均值（m/s）；Ci表示第i根桩基的桩身波速设计值（m/s）；L表示完整桩身的长度（m）； 表示时域信号第一峰和桩端反射波峰之间的时间差（ms）； 表示幅频曲线桩端相邻谐振动峰之间的频差（Hz）；n表示检测桩基的数据量。

如果桩基波速的平均值通过上述公式无法确定，此时需要根据当地相同桩型和施工工艺的测试结果，结合桩身混凝土强度等级合理确定。比如：C20混凝土强度的应力波波速范围在3000~3400m/s之间，特征波速为3200m/s^【3】。C30混凝土强度的应力波波速范围在3700~3900m/s之间， 特征波速为3800m/s。

3.5.2桩身缺陷位置计算

确定缺陷位置是桩基低应变检测的重中之重，也桩基质量检测的重难点，通常情况下，可按照以下公式求得桩身缺陷位置。

此公式中，x表示低应变检测点到桩身缺陷之间的距离（m）； 表示时域信号第一峰和缺陷反射波峰值之间的时间差（ms）； 表示幅频曲线所对应缺陷的相邻谐振峰之间的频差（Hz）；C表示桩身的速度（m/s）^【4】。

3.5.3桩身完整性类别判定

桩身完整性主要分为四类包括：Ⅰ类桩、Ⅱ类桩、Ⅲ类桩、Ⅳ类桩，其中Ⅰ类桩是桩身完整，时域信号特征为2L/c时刻前无缺陷反射波，有桩低反射波。幅频信号特征为桩低谐振峰排列基本等距；Ⅱ类桩是有轻微缺陷的桩基，不会影响桩基的总体承载力，可以正常使用，时域特征为2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波，幅频信号特征为桩低谐振峰基本等距，发生轻微缺陷位置的谐振峰和桩底谐振峰之间的频差；Ⅲ类桩有明显缺陷，其他特征在Ⅱ类桩和Ⅳ类桩之间；Ⅳ类桩桩身有严重缺陷，无法正常使用，时域信号特征为2L/c时刻前出现严重缺陷，没有桩底反射波^【5】。幅频信号特征为缺陷谐振峰排列基本等距，相邻频差，没有桩低谐振峰。

结束语

综上所述，本文结合理论实践，分析了桩基低应变检测的技巧，分析结果表明，低应变检测发生是桩基质量检测中常用的方法，具有操作简单，检测质量有保证的优势。为保证检测精度，要求牢牢掌握低应变检测技巧，以便更好、更快的完成桩基检测。

参考文献

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