基桩低应变检测方法分析

杜鹏

摘要：桩基施工时隐蔽性特点较为明显，工程质量很难直观观察或者检测，所以采用有效的检测技术成为了关键。下面本文就基桩低应变检测方法进行简要分析。

关键词：基桩；低应变；检测方法；

1 基桩低应变检测的价值

低应变反射波法主要是在桩顶瞬态激振的影响下，利用精确度较高的仪器设备进行波形测试，是以一维波动理论为核心部分，对桩体结构内部弹性波传播的波形变化规律、特点进行分析，准确判定桩体结构的质量。而桩体结构质量缺陷问题的发生，比如桩体有结构面变化、局部截面面积变化、局部物理性质变化出现的质量问题，如断裂问题、扩缩径问题、离析问题、局部孔洞问题等，会导致桩体有局部波阻抗方面的差异性，对弹性波的正常传播造成影响，使弹性波在质量缺陷的上界面、下界面、桩底的位置出现反射，反射系数K不等于0，主要的表达公式为：式中，A1、A2代表不同界面桩身截面面积；ρ1、ρ2代表不同界面桩身质量密度；V1、V2代表不同界面弹力波的传播速度。在检测过程中按照反射波信号的正负变化特点、大小变化特点等能够准确进行桩体完整度的分析、缺陷性质的分析、缺陷位置和程度的分析，能够精准对桩体结构质量进行判断。具体检测工作主要使用精确度很高的仪器设备，测试的系统涉及测量部分、采集部分和终端部分，测试系统示意图如图1所示。通过特制类型的手锤，在桩顶周围不同位置多次进行敲击，生成应力波，之后进行波形图的保存、研究、计算，将波形图打印出来，如果桩体结构非常完整，就会表现出完整的波形图，为桩体质量的认定和判断提供准确的依据。对于存在缺陷问题的桩基结构，在观察波形图的过程中会发现下行压缩波不断减小，就会出现反射波与透射波，通过对波形图的分析以及对反射波的研究，可以认定和判定桩基的质量缺陷。由此可见，在桩体检测期间积极运用先进的低应变反射波法，能够提高检测人员的工作效率，利用波形图直观显示桩体质量缺陷和情况，合理分析检测数据，从而得出真实可靠的检测结论。

图 1 测试系统示意图

2 桩基检测中低应变检测技术应用要点

现阶段，低应变法在工程检测中主要应用于判别桩身缺陷及位置，评价桩身的完整性。桩基础工程属于深基础结构的一种，抗震性能好，易实现机械化、工业化，被广泛应用于建筑中。由于桩身埋置于土层中，检测相对复杂，低应变法利用波的传播很好地解决了这一问题。桩将上部结构荷载传递到土层中，起到承上启下的作用，桩身质量好坏直接决定了上部结构的安全与否。根据成桩工艺不同，桩分为灌注桩和预制桩。灌注桩的常见问题有断桩、离析、缩颈及钻孔质量。预制桩一般采用静压式或锤击式，存在挤土效应，受地质条件、打入方式等影响会产生断桩、斜桩或上浮，另外受运输及起重设备限制，单节桩长不宜过长，且成桩时需要接桩。

2.1 试验前准备

桩基检测过程中应用低应变检测技术时要处理好桩头设备，具体要做到以下四方面：一是桩头的清理，将桩头浮浆、松散、破损处凿掉，新鲜混凝土表面裸露出来，桩面完整，桩头材质、强度、截面尺寸要和桩身相同；二是在敲击点、传感器的安装位置进行打磨，光面半径为8-10cm；三是处理裸露在外的钢筋时，向两侧倾斜，确保稳定性；四是桩身到达龄期以后方可进行低应变检测，主要是由于砼强度到达规定数值以后应力波才会沿桩身传播，反之波形处于畸形，桩基判断及分析会受影响。

2.2 现场检测要点

1）传感器的安装

传感器应该和桩顶面保持垂直状态；安装传感器的位置应该与钢筋笼主筋保持一定的距离，避免主筋裸露在外干扰信号；结合桩径大小，桩心对称位置可以安装2至4个传感器检测点；在选择实心桩激振点时可以放于桩中心位置，检测点最佳的距离是离桩中心2/3半径处；而空心桩激振点与检测点应该选在桩壁厚度1/2位置，激振点与检测点、桩中心连线要保持合理的夹角，以90°为最宜；每一个检测点记录到的有效信号数量应该≥3个。

2）敲击设备的合理选择

瞬态激振力锤的选择要具有合理性，锤垫要软硬适中；桩底或桩身下方缺陷反射信号获取时可采用宽脉冲方法，桩身上方缺陷反射信号的获取则可使用窄脉冲方法。瞬态激振借助锤重量、锤头材料的改变，实现冲击入射波脉冲宽度、频率成分的变化。如果是大小相同的冲击力，虽然能量非常小，但对于大直径桩尺寸效应却有较大影响。

3）锤击操作要点

敲击时锤要落到实处，每一锤都要干脆利索，方向应和桩顶平面保持垂直，避免二次冲击，达到产生瞬间激发点源，入射脉冲狭窄且与半正弦规律相符。敲击时力度适中，太轻时桩底、缺陷反射信号较弱；而太重的话极易出现噪音，造成较大的干扰。由于敲击质量会对测试结果有直接影响，所以必须安排经验丰富、专业水平较高的施工人员进行操作。

3 桩基检测中低应变检测技术应用案例

3.1 工程概况

检测项目位于常州市境内，规划建筑面积18500m2，其中地块南侧为C1#C2#住宅及部分裙楼，建设用于2栋32~33层住宅楼及1~2层商业街，地块东侧为C3#C4#住宅及部分裙楼，建设用于2栋26~27层住宅楼及1~2层商业街。项目基础设计等级为A级，建筑桩基设计等级为A级，基础形式采用灌注桩基础，总桩数为400根，其中抗拔桩156根，桩径分为800mm、1000mm、1200mm，桩身混凝土设计强度等级为C35，水下浇筑时按相关标准提高混凝土强度等级。以工程地质勘察报告中的中风化花岗岩（3-3）为桩端持力层，岩石饱和单轴抗压强度标准值为中风化30MPa。桩端入持力层厚度1~2m，灌注桩有效桩长6~38m，且不小于6m。依据有关的规范要求，结合工程的实际情况，确定共检测92根工程桩。本文选取有代表性的2根桩进行研究分析。

3.2 检测仪器设备和标准

1）仪器设备采用武汉岩海公司制造的RS-1616K(S)型基桩动测仪（编号：KS1901012, KS1901013, KS160305）。基桩低应变法检测桩身结构完整性的基本原理是当不连续界面(如离析、蜂窝、夹泥等缺陷)和桩底面在桩顶施加激振信号后产生应力波，分析其传播时间、幅值和波形特征，从而判断桩的完整性，这种应力波沿桩身传播过程中会产生反射波。

2）检测标准DBJ/T 15-60-2019《建筑地基基础检测规范》。

3.3 成桩情况

根据委托单位提供的设计施工资料，项目采用桩体设计混凝土强度等级为C35的冲孔/旋挖钻孔灌注桩，桩径为800~1200mm。

3.4 检测结果

根据所测波形特性，结合桩体设计强度等级要求，本工程桩体结构的完整性按四大类划分。I类：桩身完整；II类：桩体稍有瑕疵，对正常发挥桩体结构承载力不造成影响；III类：桩体存在明显缺陷，对正常发挥桩体结构承载力造成影响；IV类：桩身存在严重缺陷（断桩或桩长不够），一般应进行补强处理。图2为波形曲线。试验未考虑地质条件影响和桩土之间的关系，无法测出桩的承载能力。试验不能确定缺陷的类型，其可能存在的缺陷形式有离析、蜂窝、夹泥、缩径等。根据入射波和桩底反射波是倒置的，是端承桩，桩号B9在4.6m处稍有缺损，可能存在离析、蜂窝、夹泥、缩径等形式的缺陷，有待进一步判别，桩号B10在6m处有轻微同相位反射波，略有瑕疵，判定桩身整体性类别为II类。

图2低应变桩检测完整性

结束语

综上所述，本文总结了桩基础低应变检测的基本原理。该方法利用应力波在桩中的传播，通过分析反射波的幅值、相位及到达时间等，得出桩身缺陷的大小及位置，从而评价桩的完整性，并对常见的几种缺陷进行了波形图分析，结合案例对桩体缺陷的位置及规范原理应用进行了探讨。

参考文献：

[1] 孙景辉.在桩基检测中如何运用低应变检测技术分析[J].工程质量,2021,39(12):65-67+71.

[2] 贾同福,叶腾飞,周龙茂.桩基检测中低应变检测技术的应用研究[J].建筑技术开发,2021,48(06):161-163.

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