桩低应变完整性质量检测中的几个问题

【摘 要】市政建设和桥梁桩低应变测试与普通的民用建筑不同，必须要对桩低应变完整性质量检测给予充足的重视，做好桩低应变测试工作。本文结合笔者的工作实践和理论经验就桩低应变完整性测试应注意的几个问题进行了系统的论述，希望能对广大同行提供有益的参考和借鉴。

【关键词】桩底应变；完整性；质量检测；问题；探讨

引言

在高层建筑和道路、桥梁建设中，桩基是最关键的结构基础形式。桩基占据了我国全部工程结构基础的一半以上，而出现问题和缺陷的就高达25%。桩基是一种较为隐藏的结构基础，对其实施质量检查时难度较大。结合结构动力学分析基础和电子测试技术开展基桩低应变完整性质量检测是非常有必要的。在应力波对混凝土桩身完整性检测的各种分析中，我们会用到杆的纵向振动原理和波在直杆中的传播原理。从不同的维度和视角来看，目前已经建立了机械阻抗法、声波透射法、反射波法和动力参数法等众多动测技术方法。各种各样的检测单位和珍贵的历史数据为桩低应变完整性质量检测质量的精准性和可靠性提供了保障。但最终的检测结果还要受到检测员的技术水平、检测方案、检测设备和仪器以及相关计算机系统软件的完善程度的影响。因此，不断研究实际工程中出现失误的原因，总结工程实践经验，对提高整个桩基行业的技术水平至关重要。

1 桩身完整性质量检测的标准及缺陷特征

1.1 桩身完整性质量检测的标准问题

尽管目前众多业界领域内的专家学者针对桩身完整性提出了一号类桩、二号类桩和三号类桩等一系列类别划分方法，但实施上我国并没有针对桩身完整性的质量检测进行明确精准的定义。一号类桩的特点是桩身完整无瑕疵；二号类桩的特点是在对承载力不产生严重影响的前提下，允许桩身出现细小的瑕疵；三号类桩的特点是，桩身出现明显而巨大的瑕疵和缺陷， 对承载力产生严重的影响和制约。由于我国并没有制定完善的桩身完整性质量检测标准，因此，以上类别划分法也缺少统一完善的标准支持。

桩身完整性质量检测与桩身材料、尺寸以及施工工艺等方面的质量检测息息相关，而以上一号类桩、二号类桩和三号类桩等类别划分法在一定程度和范围内需要依赖于承载力的达标与否。但是我国至今没有对低应变

检测桩基承载力建立一个统一的认识，因此，在实际工作中只能依靠、凭借检测人员的相关工作经验和主观判断力来断定桩身缺陷对承载力所产生的影响。由于承载力设计保守滞后，即便是经过低应变检测证明桩身存在严重瑕疵和缺陷的桩，很有可能仍然能够顺利通过静荷载试验。而相反一些低应变检测合格的桩，假设桩端没有到达持力层的话，也有很大可能无法顺利通过静荷载试验。所以说，以上类别划分法还不够科学， 对桩身完整性缺陷的判定仍然缺乏进一步的定量分析。

1.2 不同类型桩的缺陷特征

预制桩桩身缺陷主要在于桩顶容易发生破损、龟裂，浅部容易产生裂缝和裂痕。在交通运输的过程中多加注意，对桩身损伤和接桩不良等问题稍加留意的话，预制桩的安全性和可靠性都能够基本得到保障。

与预制桩相比，对各种工艺灌注桩桩身完整性的检测比较繁琐、复杂。由于灌注桩成型后是无法用肉眼看的见的， 所以一方面，地质条件等环境因素会对桩身质量产生必要的影响；另一方面，施工方面的人为主观因素也会是造成桩身质量出现差异的关键因素。灌注桩桩身的缺陷主要表现为缩径、扩径、混凝土离析、夹泥及开挖时的机械破损等。其中程度剧烈的缩径甚至会引发断裂。由于灌注桩桩身缺陷的表现形式较多，桩身完整性的质量检测也比较复杂，因此在分析此类桩检测曲线时需考虑的因素也更多。如果灌注桩出现缺陷和瑕疵的表现一旦变多、变严重，应力波反射就会发生不同程度的叠加，而应力波反射的叠加会使曲线变得纷乱，桩检测曲线的分析难度就会增加。

另一个能明显对曲线性状产生较大影响的是桩周土。在承载能力和负荷下，桩和同承受来自周围分布不均匀的桩周土的摩阻力。在桩周土摩阻力突变处桩土系统的阻抗也会产生突变，这种突变一方面对应力波的传播造成较强的干扰；另一方面，突变本身引发的反射， 提高了缺陷分析和缺陷判定的难度。完整性质量检测中，如果桩身上部位于硬土中，桩身下部位于软土中，那么当应力波通过上部与下部的界面时，桩周土摩阻力变弱，阻抗能力减小， 从而引发缩径和断裂的假象。由于界面处一般为地下水位变化处或者是基岩变化处，所以容易引发安全事故。

施工时间和施工顺序也是对沉管灌注桩产生影响的另一个问题。施工顺序安排不合理容易引发浅部或相邻桩桩身产生断裂等质量问题。所以说，在对灌注桩的桩身完整性检测曲线分析中一定要将地质情况、施工工艺、施工记录等各种相关因素充分结合起来进行整体判断和综合分析。

2 分析桩身应力波波速与混凝土强度等级的对应关系

桩基完整性检测是依据完整桩的设计指标来对施工后的桩进行检测，直接测试量不是其最终检测结果，最终检测结果要以各种理论公式为支撑，通过判读、分析、解释曲线对桩是否达到设计指标——设计单位要求的桩长、桩径以及桩身混凝土强度等级等指标进行验证。其中，桩长和混凝土强度等级是提前已经知晓的定量，我们一般可以通过合理有序的管理控制制度来避免桩长不够和混凝土强度等级不符合标准等问题。应力波在桩身中的波速与桩顶到桩底的时间差之乘积的一半即为桩长。桩长和应力波波速值是作为已知量输入计算机的， 这样即可利用实测的桩顶到桩底的时间差和曲线的反射现象对发生缺陷的位置与缺陷大小程度进行定位判断。

实际完整性质量检测中，应力波在桩身中的波速只是一个估计值， 对波速的确定要依赖于设计指标中混凝土的强度等级。由于混凝土不是一种均质材料，应力波在桩身中进行传播时，其传播速度并不是一致不变的。但条件相同时，混凝土强度等级与应力波在桩身中的波速值呈正比例关系。也就是说，混凝土强度等级越高，应力波在桩身中的波速值就越大；反之，应力波在桩身中的波速值就越低。

除了混凝土的强度等级以外，应力波在桩身中的波速值还与诸如骨料品种、水泥浆、粗细、含水量、混凝土养护方式、外加剂、各种微裂等因素有密切关系。所以混凝土强度等级不同、施工工艺不同，应力波在混凝土桩身中的波速值也只是一个区间内的估计值，而非精确值。在判读曲线时，我们还应当要注意将桩长和应力波在混凝土桩身中波速值的双向合理性考虑在内。由于桩长和应力波的波速数值均是未知量，只有在两者同时与实际情况相吻合的前提下，我们才能够做出科学的判断。

3 分析桩低应变完整性质量现场检测中的注意事项

低应变桩基完整性质量检测的曲线分析成功与否与现场测试中获得的原始曲线质量的精准程度息息相关，同时，原始曲线的质量也是实施误差检验的主要来源。

3.1 关于桩头处理作法

在现场信号采集工作中，桩头的处理是质量测试成功的首要步骤。特别是灌注桩，但有不少测试人员对这一点忽略掉了。由于施工的原因，往往桩头部分有浮浆，如果对桩头的处理不加重视的话，直接就在浮浆上进行测试，那么无论怎么转换传感器以及传感器的安装，不管怎样改变振源，都不会产生理想的测试信号，还往往会在测试信号的浅层部位产生非常严重而剧烈的反向脉冲。施工现场的地面要平整无异物，地面较软的场地中可以通过煤渣道的铺设进行改善，否则地面不平的话，容易在打桩过程中发生不同程度的沉降，造成管桩倾斜，一旦发现现场有障碍物存在必须立即清理，沉桩过程要及时纠正倾斜问题。排水渠道也要畅通，大多数工程会设置横向排水坡和路堤外排水深沟。

3.2 影响敲击脉冲宽度的因素

桩基完整性检测的各种方法以一维波动理论为基础支撑，而桩基实际上是一个三维体，只有在脉冲中的高频分量的波长大于十倍桩径时，才能获得具有实际应用价值的分析方法。但脉冲中的高频分量在数量上应有所控制，所以实际完整性质量测试中，对敲击脉冲宽度会做相应的要求，由于宽脉冲能够有效地将高频成份带来的干扰降到最低，同时借助低频波衰减慢的特点，宽脉冲中的低频分量增加可以加大测试的深度，所以设置脉冲宽度时不宜过窄。

锤垫厚度、软硬程度、锤头硬度以及锤重等都是对敲击脉冲宽度产生影响的主要因素。锤垫越厚、越软，脉冲越宽，但是脉冲的宽度也会有一个临界点，需要保持在界限范围之内。一旦脉冲超出宽度的临界点后，就容易掩盖浅部缺陷反射，并且对测试的灵敏度产生不利的影响。

3.3 浅部缺陷识别问题

低应变动测在桩顶实施的激振一般为手锤或力棒，敲击桩顶时为点击引起质点振动形成波动传播，在桩头附近可近似认为半球面波，远离桩头后可近似为平面波。由于检波器接收的是平面波，在桩头附近就会存在测试“盲区”，如果“盲区”范围内存在缺陷，我们很难分出来，所以说桩身浅部缺陷的识别是低应变中另一难点问题。对于浅部缺陷的识别，笔者认为最重要的是激振方式，采取不同频率的激振力棒。提高激振脉冲波频率可以提高分辨率，力棒可保证弹性波的垂直传播，减少浅部折射损失，另外在敲击时，敲击位置尽量靠近检波器，便于获取入射波，提高灵敏度，采用不同频率敲击，可以有效地识别浅部缺陷。

4 结束语

在城市建设和建筑市场如火如荼的发展中，桩的应用已经十分普遍，正视桩实施过程中的不足和缺陷，与时俱进、攻坚克难不断克服技术上的缺陷，及时解决需要关注的问题，总结和借鉴成功的施工经验，明确桩低应变完整性测试应注意的几个问题，做好桩低应变测试工作，就可以更好的服务于基础设施建设以及其他道路工程建设。

参考文献：

[1]庞京春.桥梁桩低应变完整性测试应注意的几个问题[J].勘察测试与分析，2000.

[2]张传海.低应变法在基桩完整性检测中的几个问题[J].西部探矿工程，2013（01）.

[3]万毅.反射波法低应变桩基检测影响因素及波形特征[J].西部探矿工程，2002（01）.

[4]广东省建设工程质量安全监督检测总站.工程桩质量检测技术培训教材[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[5]陈昌军.低应变反射波法在基桩检测中的应用实例及一些问题的探讨[J].华南地震，2003（02）.