探究低应变检测基桩工程模拟装置在基桩检测中的有效运用

娄劲松

上海闵平工程检测科技有限公司 201418

摘要：针对低应变检测基桩工程模拟装置在基桩检测中的实际运用展开探讨，采用案例分析法，以某建筑工程项目为例，其中基桩检测技术进行研究，简要介绍了低应变法检测基桩的原理，梳理了低应变检测基桩工程模拟装置在基桩检测当中的运用过程，探讨了常见基桩缺陷及其低应变速度曲线特征，最后对案例工程项目检测结果进行分析。根据研究结果可知，低应变检测基桩工程模拟装置在基桩检测当中运用，有助于提高检测结果的质量和效率，强化工程质量控制效果。

关键词：低应变检测；基桩工程；基桩检测

1引言

桩基础作为建筑工程的重要组成部分，对于工程质量、安全等有着直接影响，但由于其本身属于隐蔽工程，难以通过简单的观察和测量实现对于桩基础质量的有效评估，因此，桩基检测工作是十分重要的。基于低应变原理提出的基桩工程模拟装置在基桩检测当中有着良好的作用效果，能够实现快速、准确检测。因此，加强对于低应变检测基桩工程模拟装置在基桩检测中的运用研究是十分有必要的。

2工程概况

本文以某建筑工程项目为例，针对其中基桩检测技术展开探讨。案例工程当中涉及到建设内容包括住宅公寓、教学楼、图书馆、食堂以及报告中心等，建筑设计使用年限为50年，基础设计等级为A级，基础形式为灌注桩基础，主要包括800mm、1000mm以及1200mm三种桩径，灌注桩有效桩长在6m以上。结合案例工程实际建设情况以及委托方需求，针对工程项目当中基桩质量展开检测。

3低应变法检测基桩的原理

低应变检测法的主要原理是将桩基假定为弹性连续杆，在一定深度以下时，应力波在桩内的传播为平面波，若桩身存在缺陷问题，就会导致桩身截面阻抗改变，出现应力波反射情况，当其传输到桩顶时，桩顶传感器会跟随桩顶一起运动，并记录每个时间点的加速度值，将加速度信号曲线通过积分形成速度信号曲线，以此实现对于桩内应力波的监测，得到相应反射信息，进而判断桩体缺陷位置以及程度[1]。低应变检测法的主要优势在于测试简单、便捷，检测速度较快。

当桩基存在缺陷问题时，波阻抗会表现出明显差异，此时桩截面或者密实度发生变化的界面会出现波的反射或者透射现象，主要表现为同向反射或者反向反射，其中同向反射多是由于桩身缩径、夹泥、麻面、断桩等引起的，反向反射则是由于桩身局部混凝土强度较高，或者出现扩径情况等引起的。确定桩身缺陷位置的计算公式如下：

x=△tx·c/2000

式中，x表示缺陷位置与传感器之间的距离；△tx表示速度波第一峰与缺陷反射波峰之间的时间差；c表示受检测桩身的波速。

4影响低应变检测结果的因素

4.1激振位置影响分析

在实际应用低应变技术进行基桩检测的过程中，可能存在三维效应，对于检测结果产生不良干扰，因此，在进行锤击模拟的过程中，需要结合实际情况，合理选择激励作用位置。尤其是对于承台-桩系统而言，其本身三维效应相对更为明显，不仅包括承台反射，承台边界、底面等位置也会产生相应干扰信号。因此，合理选择激振位置，是保障低应变检测结果质量的重要措施。对此，可通过建立有限元模型的方式进行处理，检测不同激振位置对于低应变速度以及应变波的传输时间等参数的影响，以此选择最佳激振位置。在实际进行测量的过程中，为保障检测结果，建立尽量选择桩体中心位置进行激振，同时合理控制激励作用面积和激励时间。

4.2信号噪声影响分析

根据相关文献可知，由于原始信号在传输过程中会受到噪声影响，因此，在实际进行检测的过程中，为保障检测结果的可靠性，应采取适当的滤波措施。而且值得注意的是，不同位置的桩身缺陷，其所受到的噪声影响存在一定差异，在实际进行检测的过程中，应根据现场实际情况，合理进行滤波处理。

4.3土体约束影响分析

基桩周围的土体对于桩体有着较强的约束作用，一方面，桩体和土体之间存在一定的摩擦系数，这会对低应变检测信号产生一定影响，桩体与土体间的摩擦系数主要受到不同土体种类、桩体的材质以及土体含水量等因素的影响，经过试验检测发现桩体与土体之间的摩擦系数对于检测结果影响十分有限，因此在进行检测的过程中，可将此方面影响忽略；另一方面，不同土体对于检测信号的传播会产生一定影响，常见土体类型包括淤泥、粉黏土、花岗岩等，经过速度相应曲线的测定和试验发现，由于激振操作过程中，力度较小，并不会产生土体滑移情况，土体也不会进入到塑性状态，因此土体的种类对于低应变速度曲线影响并不明显，在进行检测分析的过程中不需要考虑此方面影响。

5低应变检测基桩工程模拟装置检测过程

在实际运用低应变检测技术的过程中，由于该方法是利用弹性波传播特点展开基桩检测的，但在实际进行检测的过程中，由于桩体会受到周围土体的约束、激振能量以及桩体自身材料阻尼等方面的影响，若单纯通过低应变信号进行分析，难以准确判断缺陷类型，因此为实现快速准确判断基桩缺陷问题、位置等，需要进一步通过基桩工程模拟装置进行检测分析，以此确保工程质量检测的准确性以及可靠性。

低应变检测基桩工程模拟装置可使用尼龙棒或者塑料棒对实际建筑工程基桩进行模拟。详细模拟检测操作过程如下。

（1）在模拟过程中，可通过将扩径模块放置在桩体外表面的不同位置上模拟施工现场不同标高的扩径缺陷，或者通过在模拟桩不同位置设置环状凹槽的方式，模拟基桩缩径缺陷，以此达到更好的基桩检测效果。

（2）使用模拟装置时，可通过敲击模拟桩顶部产生应力波，当应力波在模拟桩体内传输时，若遇到缺陷部位，会影响应力波的正常传输，并产生反射波，由安装在桩顶部位的传感器采集相应反射信号，然后将其传输到检测仪器当中，通过系统分析得到反射波的传播时间、幅值以及波形特征等相关参数信息，并由此计算得到桩长、桩身缺陷位置等相关信息，以此对桩体缺陷问题进行判断分析[2]。

6常见基桩缺陷及低应变速度曲线特征分析

6.1缩径

缩径是基桩工程中的常见缺陷问题，指的是基桩桩径缩小，如图1所示。基桩桩径的大小直接影响着桩体的承载能力以及抗弯能力，关乎着建筑工程质量安全，因此基桩检测过程中，缩径缺陷是检测工程当中的重要内容。缩径缺陷在灌注桩施工当中较为常见，造成缩径的主要原因包括以下两种：其一，由于不良地质、含水率较高引起，在灌注桩施工过程中，桩体周围土层遇水，逐渐向桩体中心挤压，造成桩径缩小；其二，在地下水的流动作用之下，基桩混凝土砂浆逐渐流失，导致桩径缩小。当桩体存在缩径缺陷时，运用低应变速法检测过程中，会在缺陷顶部出现同向反射波，缺陷底界面出现反向反射波，若缩径越大，则桩体顶部的振动越大，由此检测得到的反射波振幅也就会相对越大。

图 1 桩体缩径缺陷

6.2扩径

扩径顾名思义，就是桩体的直径超过实际设计要求，如图2所示。在对具有扩径缺陷的桩体进行低应变检测的过程中，由于扩径部位截面积相对较大，因此会导致波形增强，当扩径恢复时，相对断面会有所减小，并产生叠加效果。

图 2 桩体扩径缺陷

在使用低应变检测基桩工程模拟装置对桩体缩径以及扩径缺陷问题进行模拟分析后，绘制相应波形图。当锤击模拟桩左侧后，发现工程模拟桩在0.5m位置出现缩径信号，0.7m位置出现扩径信号；当锤击模拟桩右侧后，发现0.12m和0.46m位置均出现明显缩径信号。

6.3沉渣

沉渣是灌注桩施工过程中的常见缺陷，在混凝土灌注前，需要进行清孔处理，若没有进行清孔，或者清空后未及时展开灌注施工，就会造成桩底沉渣情况。对待此类缺陷进行低应变检测的过程中，若基桩底部的持力层为中风化或者微风化岩石时，那么低应变检测时桩底沉渣区域就会呈现出同向反射波，并且反射效果相对较弱；若基桩长度较短，并且混凝土强度较高时，那么检测得到的低应变速度曲线仍为同向反射波，并具有周期性，而且波速和频率都会相对偏低，反射周期也相对较长[3]。

对于沉渣缺陷，在进行低应变检测基桩工程模拟的过程中，采用扩底装置进行模拟，如图3所示。经过对扩底模型进行模拟分析后，发现锤击模拟桩体左侧时，发现0.88m位置出现明显的扩径信号，在去除扩底环后，再次进行锤击检测后发现，桩底波幅相较于有扩底环时更高。

图 3 桩体扩底缺陷

6.4其他缺陷

离析缺陷。离析主要是由于原材料级配管理、搅拌施工、振捣施工等不到位、不充分引起的基桩缺陷问题，造成混凝土不均匀，对于建筑工程桩基础质量有着直接影响。在实际进行检测的过程中，桩体的离析程度和深度，会影响低应变反射波振幅，其检测曲线特点与缩径反射的趋势类似，但不同之处在于缩径缺陷检测结果中，反射的曲线相对光滑，而离析缺陷的反射曲线则较为毛躁，造成这一情况的主要原因自傲与混凝土质量存在较大差异，导致离析缺陷部位应力波的传播存在漫反射的情况[4]。

除此之外，还包括断桩、空洞等缺陷类型。结合案例工程实际情况以及基桩缺陷问题，并未涉及到其他缺陷类型，因此不做过多赘述。

7低应变检测基桩工程模拟装置检测结果分析

根据上述分析，针对案例工程项目基桩工程部分，运用工程模拟装置，展开低应变检测，整体检测结果如表1所示。

表 1 低应变检测模型基桩检测结果

序号	桩号 （#）	桩径 （mm）	桩长 （m）	设定波速 （m/s）	砼强度	桩身结构完整性
1	B4	1000	16	3800	C35	桩身完整，无缺陷
2	B7	1000	15	3800	C35	桩身完整，无缺陷
3	B8	1000	15	3800	C35	桩身完整，无缺陷
4	B9	800	15	3800	C35	存在缩径缺陷
5	B10	800	14	3800	C35	桩身完整，无缺陷
6	B11	800	22	3800	C35	存在沉渣缺陷

由表1可知，案例工程项目当中，部分基桩存在严重的缩径和沉渣缺陷，详细检测结果如下。

7.1缩径缺陷

在进行基桩检测的过程中，发现桩号为#B9、桩径为800mm、桩长为15m的基桩其低应变检测结果与缩径缺陷桩型模型拟桩有着极高的相似度，首波出现双峰情况，这表示#B9号桩存在严重的缩径缺陷，根据测量波形判断，该缺陷出现在距离桩顶1.3m的位置。经过后续开挖检测发现，该桩体在距离地面1.3m～1.65m的位置存在严重缩径情况，而且内部钢筋也已经裸露出来。

7.2沉渣缺陷

经过低应变基桩检测之后，发现桩号为#B11桩径为800mm、桩长为15m的基桩，与正常检测结果不同，与扩底缺陷桩型模型拟桩有着极高的相似度，在桩底位置出现反射信号。在得到相应检测结果之后，使用钻芯技术进行验证，通过水下视频探孔发现，#B11号桩底部存在70mm沉渣，需重新进行桩体施工。

根据上述分析可知，低应变检测基桩工程模拟装置检测技术有着较高的可靠性，应用该技术进行基桩缺陷检测，不仅有效保障了检测结果质量，而且检测效率也得到了一定程度上的提高。此外，该技术还具有结构简单、成本低廉、便于生产的优势，不仅可用于日常基桩检测环节，还可利用该装置实现对于新上岗人员的培训和考核，有着极大的应用推广潜力[5]。

8结束语

综上所述，低应变检测法是当前建筑工程基础施工过程中，检测基桩质量、完整性以及缺陷问题的重要手段，该技术具有操作简单便利、成本低廉的优势，在此基础上，运用基桩工程模拟装置进行基桩检测，不仅能够提高基桩检测的质量和效率，保障检测结果的可靠性，还能够将其用于新人的培训考核。在实际运用低应变基桩工程模拟装置进行检测的过程中，需要先制作模拟工程桩，并通过锤击获得不同缺陷问题的低应变特征曲线，然后对工程项目当中的基桩进行低应变检测，获得检测结果示意图，然后将其与模型曲线进行对比，进行缺陷判断。该技术的有效应用，对于提高工程基桩检测水平有着积极作用，在推动基桩检测技术发展方面也有着重要意义。相信随着对基桩检测技术的深入研究和探索，建筑工程质量将会得到更好的保障。

参考文献：

[1]周建,郭真真,崔伟杰,等.基桩低应变检测方法及在工程检测中的应用[J].中国建材科技,2023,32(01):126-130.

[2]何泽才,沈飞,王其胜.低应变试验在旋挖灌注桩中的数据分析和质量检测[J].中国高新科技,2022(14):37-39.

[3]蒋雯,艾桂稳.基桩低应变检测方法及其工程应用研究[J].建筑技术开发,2022,49(13):149-152.

[4]苏志超.软土地层灌注桩低应变检测的数值模拟分析——以厦门高崎污水处理厂项目为例[J].福建建筑,2022(03):73-78.

[5]谢财进,饶军应,梁中勇,等.基于基桩低应变检测基本原理与检测方法的研究[J].施工技术,2018,47(S2):27-31.