桩基缺陷检测中低应变法的应用探讨

詹俊宇

东莞市建设工程检测中心广东东莞523809

【摘要】桩基发挥着传递竖向荷载并且承受风力等水平方向荷载的作用，施工过程当中混凝土灌注桩受各种因素的影响，容易出现缩径、扩径以及断桩等问题，严重影响工程质量。这就需要做好桩身质量的完整性检测。

【关键词】桩基；缺陷；检测；低应变法；应用

桩基发挥着传递竖向荷载并且承受风力等水平方向荷载的作用，施工过程当中混凝土灌注桩受各种因素的影响，容易出现缩径、扩径以及断桩等问题，严重影响工程质量。这就需要做好桩身质量的完整性检测。这些问题会直接影响桩基完整性以及承载力，需要使用检测手段强化质量控制。当前广泛使用的检测方法包括静载法、声波透射法、抽芯法、高应变法以及低应变法等。低应变法检测的设备简便并且费用较低，能够为桩基处理提供依据，受到人们的高度重视。

一、低应变法对于桩身混凝土强度分析

在桩基质量的检测过程当中，部分检测单位选择在检测报告当中提供混凝土强度的等级，应用低应变法能够在一定程度上检测桩基混凝土强度。一方面，低应变法可以检测应力波从桩底到桩顶或者是缺陷的时间。因此要想进一步获得缺陷的深度或者是桩长，需要预先知道弹性波速[2]。在真实桩长已知的条件下，能够通过计算得到桩基平均的弹性波速。使用这一平均波速能够计算桩基缺陷的具体位置，或者是根据经验来假设平均波速，从而计算桩基的桩长以及缺陷位置的深度。另一方面，混凝土强度同弹性波速之间有着直接的联系，强度等级越高混凝土的对应波速也就越高，不过需要指出的是二者之间并不是简单的对应关系[3]。波速的影响因素比较多，例如混凝土配比、桩周土、骨料大小以及入射波频率等。完整桩基的弹性波速通常要高于缺陷桩波速。桩基平均波速比较高通常情况下意味着桩身强度合格。但是部分资料简单地通过分析弹性波速来判断桩基是否合格的做法并不合理。如果桩基部分位置存在严重的缺陷，虽然能够影响平均弹性波速，不过平均弹性波速的变化并不明显。所以通过分析平均弹性波速来计算桩基的强度等级有着比较明显的局限性[4]。在工程施工的过程当中，施工企业提供桩长同实际的桩长在很多时候也会存在一定的出入，使用不够准确的桩长来计算平均波速，自然无法准确计算桩基混凝土的强度等级。桩基完整性的判断更应当使用桩基阻抗的变化状况来具体决定[5]。所以我们认为使用低应变法来计算桩基混凝土的强度比价片面。很多时候需要对桩基进行大量对比试验，从而获得大量有规律的相关资料，从而根据波速对桩基的强度做出比较全面的判断。比如在某桥梁的施工当中，桩身混凝土的强度设计是C25，大批量桩基检测的波速为4000m/s，不过某次检测桩基的波速显著偏低，施工人员抽芯取样予以抗压试验，试验结果表明该批次桩基的混凝土强度未能达标。

二、基桩缺陷检测中低应变法的应用

（一）基桩缺陷检测中低应变法的应用步骤。首先是现场检测要求环节，检测之前需要凿去桩顶的浮浆到露出桩身混凝土，打磨平整激发信号和接收位置。传感器需要安装在距离桩中心的2/3半径的位置，每根桩设置三个不同的采集点，并且这三个采集点应当呈正三角形[6]。这样有利于传感器同桩顶的表面耦合比较充分，激振点的位置需要设置在桩的中心。振源频率设置方面，使用尼龙头力棒以及铝质头力棒，分别产生高频以及低频应力波。加速传感器需要考虑灵敏度以及频率响应是否满足要求，其中桩浅部缺陷需要侧重频率响应，统筹需要＞5kHz。其次是仪器参数设置。采样滤波应当为全通采样，确保全部频率信号都可以通过。低应变检测时应力波的频率需要＜10kHz，为了满足采样要求，频率需要高于信号当中的最高频率。再次是做好应力波曲线的分析。浅部缺陷的应力波曲线通常呈现出以下几个方面的特点。现场检测基桩的时候使用手锤或者是力棒激振，如果曲线表现出宽幅低频摆动波形，原因通常是因为激振频率太低无法有效生成浅部缺陷的反射波，只能生成浅部缺陷块体振动。在这一情况下，只能定性确定基桩的存在缺陷。检测人员需要使用铁锤竖向轻激，从而定量确定基桩缺陷的具体位置。要是铁锤重激振，面波以及缺陷的反射波应当叠加在缺陷块体以及共振低频摆动曲线上，最终湮没有效信息。基桩更浅位置出现的缺陷，铁锤激发曲线往往表现为不规则漂移，使用力棒或者是其它的低频率锤敲击桩头，容易呈现出宽幅低频曲线，敲击的过程当中可以听到回响声。

（二）基桩缺陷检测中低应变法应用的注意事项。首先是根据波动相关理论，高频的成分衰减比较快，但是分辨率比较高，因此适合用来检测短桩的缺陷；低频的成分衰减比较慢，不过分辨率低，因此可以用来进行长桩的检测。所以施工现场需要根据桩长以及桩径来选定相应的振源与激振方式。短桩缺陷应当使用小锤或者是点锤，确保脉冲力时间短，高频成份丰富同时波长小。在长桩检测的过程当中，如果工程人员怀疑桩身的存在缺陷，需要使用大锤以及小锤结合方式激振，这样既能够确保有充足的能量传输到桩底，同时也可以最大限度避免发生缺陷的漏判问题。其次是桩身浅部的扩径以及缺陷反射波形区分难度较大，所以在检测的过程当中需要尽可能收集分析施工地带的地质资料以及施工记录，比如混凝土的灌注时间以及灌注量等，排除桩身扩径引发的误判。再次是存在检测的盲区，如果缺陷位置比较浅那么波形容易呈现为低频振荡，无法准确定位出现缺陷的位置。因为桩身当中的离析、夹泥、断裂以及桩身缩径反射波形比较类似，容易出现负反射。所以在缺陷种类的判断方面存在不确定性，需要通过开挖或者是取芯等方法进一步加以验证。最后是在分析时域曲线的时候需要合理确定滤波参数，避免为追求波形的理想而过分滤波，避免过滤掉高频信号。

综上所述，低应变法在检测桩身完整性方面受理论以及仪器等方面因素的影响，同时还与地质条件、工艺、桩型以及测试人员的素质相关，根据单一的波形来判断基桩缺陷有着一定的不确定性以及局限性。因此在实际检测工作当中，应当结合有关的资料，在必要请客下综合使用声测法、开挖以及抽芯法等方法加以判定。

参考文献：

[1]韩鹏举.白晓红.王梅.桩身完整性分类的模期综合评判模型[J].路基工程，2014.10（6）：22-24.

[2]梁宗旭.浅析低应变法检测钻孔灌注桩浅部缺陷[J].甘肃科技，2015，26（6）：113-114.

[3]肖天超.低应变射波法在某工程桥梁桩基浅缺陷检测中的应用分析[J].建筑与工程，2015，25（21）：289-290.

[4]潘纪顺，等.基桩浅部严重缺陷检测的理论探讨与工程实践[J].物探与化探，2015，24（6）：464-468.

[5]李国方，卢勤海，贾晖，等.基桩动测解析解在浅部缺陷桩测试曲线分析中的应用[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2015，10