低应变检测技术在桩基检测中的应用探讨

摘要：随着我国建筑行业的发展和工程的实际需要，桩基检测在高层建筑、软土地区、地震区等对地基质量要求较高建筑的地基检测中都得到了广泛的应用。由于具有高度的复杂性和隐蔽性，桩基检测工作发现问题难，一旦出现问题事故处理更难。本文主要介绍了低应变检测技术在桩基检测中的相关内容。

关键词：桩基检测；低应变检测技术；射波

中图分类号：U443文献标识码： A

一、桩基检测技术中的低应变法

1.目的和设备要求

有些基桩埋藏较深，在地面难以测定其质量和状况，此时需要采取特殊方法检测隐藏的基桩部分。低应变法主要是用于检测混凝土桩的完整性，判断桩体缺损情况和部位。检测的仪器设备一般是采用瞬态激振设备和稳态激振设备。其中瞬态激振设备包括可引起款脉冲以及窄脉冲的锤和锤垫，能装有力传感器的力锤。稳态激振设备则配备可调激振力、扫频范围在10-2 000 hz之间的电磁式稳态激振器。且检测仪器的参数应符合国家相关标准，具有收发信号、存储和分析信号的基本能力。

2、操作方法

2.1受桩体要求

桩体的硬度应符合国家建筑的相关标准；整个桩基的材料、承受力和横截面积都应保持前后上下一致；桩面保持光滑、平整、紧密，且和地面保持垂直。

2.2检测参数设定

信号分析的频率不低于2 000 hz；设定桩长为操作长度，将桩体面积作为操作区域；桩体的波速根据具体的桩型进行设定；搜集信号的频率应根据桩身、桩长的具体情况而设定；传感器的参数要根据测试结果设置。

2.3操作要求

仪器与桩体成90度，装备仪器时使用的耦合剂需要要足够的粘性。实心桩和空心桩的激振点位置要有所区别，激振点与传感器的位置要避开钢筋分布地带。瞬态激振器的仪器选定要根据实地测验后选取合适的零件；而稳态激振则要在既定的频率下收取信号，并根据桩体实际情况设定相应的激振力。此外，在低应变检测资料中应记录下桩体完整性检测的信号曲线。

2.4低应变法的实际运用

低应变法具有显示和搜集曲线信号的功能，所以经常被运用于山体或者岩洞的爆破作业。比如在2006年开始运营的青藏铁路的修建过程中，途经无数层峦叠嶂，在爆破作业中就充分运用了低应变法来进行桩基检测并通过曲线信号确立爆破范围和程度。

二、低应变反射波法

1、低应变反射波法的基本原理

应力反射波法是以应力波在桩身中的传播反射特征为理论基础的一种方法，由于桩与周土之间的波阻抗差悬殊，当桩顶施加瞬力时激发的应力波大部分能够都在桩内传播。当桩内存在波阻抗差界面时，垂直入射的应力波在传播过程中将产生反射波和投射波，投射波继续向下传播，反射波将沿桩身反向传播到桩顶。反射波的相位、振幅、频率都传递着桩身的缺陷及桩底信息，结合实践经验分析、施工记录、地层材料就可以对桩基的性质作出准确地判断。

2、桩测前的准备工作

(1)在桩基测试之前要仔细研究桩基的相关资料，包括该工程的成桩日期、成桩工艺、砼强度、桩长、桩径等相关资料，了解桩基的基本情况，为检测工作做准备。(2)进入现场了解实际的施工质量，对桩头进行观察、敲击，观察其是否潮湿、夹泥，通过敲击检测其是否疏松、含有泥浆。第三，清理干净桩头保持桩头的平整、完好。达到设计标高后，用砂轮打磨出三到四个8－10厘米直径的光面，对露出的钢筋进行处理，使之倒向两侧，并保持钢筋的稳定。将打磨出的光面安装传感器作为激振点，得到真实完整的桩身反射信号。最后，低应变检测应该在桩身达到龄期后进行，因为只有砼的强度达到一定数值时应力波才能有效地沿着桩身向下传播，否则形成的波形畸形，影响桩基的分析与判断。

3、野外数据采集

3.1震源及传感器的选择

反射波法的前提必须有一个震源，不同的锤击方式会产生差别很大的曲线，只有选择正确的震源才能获得有效的反射信号。一般情况下长桩适合使用脉冲比较宽的击震源，大桩适合使用大锤，小桩适合使用小锤各自选用相适宜的震源才能获得桩底的反射信号。

3.2力棒的使用及传感器的安装

力棒的使用应该尽量避免二次冲击造成信号干扰，应该对现场的击锤人员进行相应的培训，帮助他们掌握好敲击的轻重、垂直度等，避免敲击时破坏桩顶，造成信号畸形。传感器的好坏直接影响着波形的采集质量，作为接收桩身反射信号的关键设备，必须保证传感器与桩体的紧密接触。因此，我们应该尽量选择轻型的电缆与传感器，便于跟踪响应，同时避免用手按着传感器，防止对桩身实测曲线的完整性产生干扰，实践证明，用黄油安装传感器效果比较好。

3.3信号的选择

要想提高桩基检测的速度就要重视前几根桩的检测，建立桩身的初步印象，对桩身的质量有一个整体的概念，在桩身质量不理想的情况下要就地进行重复的测试，便于对比分析，防止出现信号偏差。

三、信号的处理

1、完整桩

应力反射波法目前也存在着很大的局限性，有很多因素影响着转、挖孔桩缺陷反射。波速正常、有明显的桩底反射信号、速度波形光滑的是完整桩，下图是一个完整桩的波形，波速3960m/s，桩长47．0m，桩径1．2m，混凝土强度等级C25。

2、桩缩颈

采用混凝土护筒容易引起桩缩颈，如果桩孔部分采用钢护筒其它部分采用的是20cm厚的砼护筒，那么钢护筒部分相当于桩缩颈，在遇到比较厚的泥塑状淤泥层时常常采用钢护筒来进行桩孔护壁。如果出现桩缩颈再加上淤泥地层的影响，反射波会出现比较明显的缺陷并显示在检测曲线上，很容易造成误判。

3、桩底虚土沉渣及桩周土对波形曲线的影响

在对桩基测试曲线进行分析时，要充分考虑到桩底虚土沉渣以及桩周土对波形曲线的影响，不仅材料、刚度、缺陷会对应力波在桩身中的传播产生影响，桩周土及桩底虚土沉渣也会对应力波的传播产生影响。应力波在软土层由于透射损耗小会产生类似缩颈的的反射波，在硬土层由于透射损耗大会产生类似扩径的反射波，由此可见，桩周土力学性能越好，应力波在土层中的损耗就越大，如果不考虑桩周土的影响很可能造成误判。

4、钢筋笼影响

如果不是全笼的钢筋混凝土灌注桩，有钢筋笼的部分与没有钢筋笼的部分桩身阻抗是不同的，由于Z=ρCA，有钢筋笼的部分含钢量比没有钢筋笼的部分大，其桩材密度ρ和波速C就相对较大。由于桩身阻抗有了变化，因此含钢筋笼比不含钢筋笼的缺陷反射更明显。

三、如何准确分析桩身的缺陷

首先要对桩身的完整性进行分析，根据施工工艺、地质材料对桩身的整体情况作一个大致的判断。如预制桩、人工挖孔桩不可能存在缩颈，对检测信号进行分析时不需要考虑缩颈的因素。第二，要使用定量分析软件对桩基的缺陷进行判断，光凭肉眼对波形中的缺陷程度进行判断偏差很大，容易出现大的失误。定量分析软件虽然有一定的缺陷，但是通过科学的参数设定和详细的计算标准能够真实地反应应力波在桩身的传播过程，只要桩周土的参数选择合理所得出的判断比肉眼准确很多。最后要综合分析同一工程的所有被测桩，寻找被测桩之间的共性与不同之处，不仅要掌握每一根桩的情况，也要对整体情况有所了解，将每一根桩的情况至于整体环境中进行分析以提高判断的准确性。

四、低应变法的缺陷

低应变法要根据不同的地质条件和不同的桩型条件建立静动对比系数数据库，根据这些数据信息进行分析判断，工作量巨大，并且目前的低应变分析软件都存在着一定的缺陷，仍然主要靠技术人员的经验进行判断，缺乏拟合分析方法，容易出现失误。桩周土对于反射波的影响也很大，限制了桩可以测量的长度，对于桩基缺陷的分析判断带来了很大的干扰。

结束语

桩基检测作为桩身结构完整性的重要保障，在判断桩身位置以及缺陷时，必须从理论和实践中进行完善，同慎重分析和研究，针对不同的缺陷用不同的方法，从而增强桩基检测中低应变应力反射作用。

参考文献

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