低应变反射法检测端承桩完整性的应用研究

向勇 姜玉琢

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

摘要：端承桩上部结构荷载主要由桩端阻力承担，被广泛应用于支撑高层建筑和桥梁上部结构，施工质量符合设计要求是保证桩基承载力发挥和抵抗变形的重要前提。目前常用的桩基完整性检测方法包括低应变法、高应变法、声波透射法和管波法等，不同检测方法各有其优缺点：低应变法操作便捷、检测效率高、费用低。

关键词：低应变反射法；检测；端承桩完整性；应用

前言

基桩检测技术是检测和判定基桩质量的主要方法与唯一标准，选择适宜的基桩检测技术能够确保检测结果的准确性与可靠性。常见的基桩检测方法有静载试验法、钻芯法、声波透射法、超声检测法和低应变反射法。其中，低应变反射法具有快速、无损、经济等应用优势，在基桩检测中应用较为广泛。为保证基桩检测的可靠性和准确性，有必要深入研究低应变反射法的应用要点。

1低应变反射法的概况

1.1低应变反射法原理

低应变反射法又被称为锤击法，是基于一维弹性杆应力波波动理论为基础的桩基础检测方法。在采用低应变反射法检测时，检测人员对基桩桩顶进行竖向激振，从而产生沿桩身向下传播的纵向弹性波，当基桩桩身内存在扩缩颈、严重离析、断桩等部位时，弹性波会出现差异，通过安装在桩顶的传感器接收、放大、滤波和处理，从而判定基桩缺陷类型、位置及缺陷程度。

1.2低应变反射法应用优势

相对于高应变检测方法，低应变反射方法具有操作简单、快速灵活、效率高、成本低等特点，尤其适应于数量多、面积大的基桩检测，对基桩几乎不产生任何影响，具有显著的应用优势。

1.3低应变反射法应用局限性

低应变反射法存在一定的局限性，检测结果无法直接量化，对桩的长径比有一定的要求，长径比（L/D）应控制在5~40以内，不太适用于墩基和特长桩。同时，当该方法无法检测到桩底时，桩长及桩强度无法进行基本的判定。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）有关要求，桩身完整性检测不得仅使用低应变反射法检测；根据福建省住房和城乡建设厅《关于进一步规范桩基检测的通知》（闽建建[2017]1号）有关要求，桩基工程存在下列情形（3节及以上的预制桩；桩长超过40m；低应变法检测桩底反射不明显的桩）之一的，其桩身完整性检测不得仅采用低应变法，且采用低应变法之外的检测方法进行检测的桩数量不得少于桩身完整性检测总数的1/3（当只能采用高应变法时，检测数量不得少于桩身完整性检测总数的1/6且不少于5根）。因此，在使用低应变法检测基桩时，检测单位应配合其他方法使用。

2典型案例分析

2.1案例1

某试验场地设计并制作了直径1.2m、长度17.17m的带缺陷人工挖孔嵌岩灌注桩，混凝土强度等级为C25，桩周自桩顶而下的地层为素填土(夹少量碎石和块石)、砂质黏土(偶见孤石)、全风化花岗岩、强风化花岗岩，桩底持力层为中风化花岗岩。设计桩身缺陷为：桩顶标高以下3.2～3.4m声测管夹泥，3.4～3.7m另一声测管夹泥；桩顶标高以下16.8～17.17m处局部沉渣。采用低应变对模型桩进行桩身完整性检验。模型桩在3.5m附近存在明显同相反射信号，与设计夹泥缺陷位置相符。当锤击能量相同时，铁锤的反射信号幅值大于尼龙锤，表明硬锤激发的高频信号成分较丰富，更有利于浅部缺陷的识别。7.5kg尼龙锤在桩底激发产生同相反射信号明显，能够反映桩底存在沉渣的情况，其他锤型因高频应力波能量衰减迅速，均未得到清晰的桩底反射信号，难以判别桩底沉渣情况。为验证低应变法对缺陷探测的准确性，对该桩基同时进行超声波测试。桩顶以下3.2~3.9m深度声测管波速仅见到局部轻微降低，夹泥缺陷特征不如低应变法明显，其与缺陷位于声波透射路径外有关。16.7～17.15m深度各声测管附近声速、波幅均小于临界值，PSD变大，波形畸变，表明桩底部位存在缺陷，与低应变法检测结果基本一致。

2.2案例2

本案例位于广州市南大干线项目6标某市政桥梁项目。该桥采用灌注桩基础，设计桩长22m，桩径1.5m，桩周自桩项而下的地层为砂质黏土、强～中风化混合岩，桩底持力层为微风化混合岩。采用低应变法进行桩身完整性检测，并采用钻芯法进行验证。在埋深10m附近出现十分明显的反相反射信号，与桩身进入强风化基岩层有关，桩长范围内其他深度均未见明显缺陷信号特征。由于桩顶以下llm至桩底普遍为岩性较好且较完整的微风化混合岩层，该深度处反相阻抗显著，导致透射波能量损失严重，无法获得有效的桩底反射信号。可以看出，桩身混凝土浇筑质量良好，无缺陷，桩底未见沉渣，与低应变法检测结果相符。综合低应变法与钻芯法检测结果可知，该桩的桩身完整性可评定为I类。

2.3案例3

本案例对广州市南大干线项目6标某主线2根桥梁灌注桩进行低应变无损检测分析。该桩设计长度为46m，桩径1.8m，桩桩周自桩顶往下依次为素填土、砂质黏土、全～强风化混合岩，桩底持力层为破碎状中风化地层。采用低应变法进行桩身完整性检测，并使用钻芯法验证。可以看出，该桩在深度4m附近有较弱的同相反射信号，推测该处可能存在轻微缺陷；26～27m处存在反相反射信号，主要是因为该处位于全风化与强风化岩层界面位置，岩层性质差异导致波阻抗增大，从而在该位置产生与入射波反相的土阻力波。该桩桩底可见反相反射信号，桩底无沉渣缺陷。当采用大质量软锤激振时，获得的桩底反射信号振幅相对更大，即便不采用信号放大处理反射信号也十分清晰。该桩之后采用钻芯法进行完整性检测，其结果与低应变法基本一致。23m附近反相反射信号十分明显，这与桩身由上部风化土层进入强风化基岩层有关；桩底可见与入射波同相的反射信号，推测桩底可能存在沉渣。然而，钻芯法结果发现，该桩桩身混凝土无缺陷，并且桩底无沉渣。进一步分析可知，该现象可能是由于桩身在其桩长一半深度处进入较好性质岩层，上下岩土体阻抗差异引起的负相反射在桩底产生二次反射，该正相反射波与桩底波形发生叠加。

结束语

通过对低应变反射波检测原理、系统组成进行分析研究，可以发现低应变反射波检测方法具有良好的应用性能，能够满足较大规模的基桩检测要求。但是，由于基桩应力应变关系较为复杂，低应变反射法在应用实践中存在一定的局限性。例如，不能采用低应变反射法检测基桩内非刚性材料桩、竹节桩等异型材料桩。此外，桩顶面以下范围内检测无法实现定量分析，只能通过检测经验判定基桩缺陷的大小；当基桩长度超过一定限度且存在渐变缺陷时，反射信号受到干扰，因而检测结果准确性下降。当出现此类问题时，可通过其他方法加以验证，否则可能导致建筑材料的浪费或埋下工程质量隐患。因此，在低应变反射法的基础上，检测人员可配合使用浅层开挖、钻芯法、高应变法或抗压静载荷试验法进行验证，从而提高基桩检测的准确性和可靠性。

参考文献：

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