关于基桩低应变检测技术的探讨

邓晓鹏

中山市建设工程质量检测中心有限公司   

摘要：桩基工程质量的好坏，是一个关系到国民经济发展和人民生命财产安全的重要问题，而基桩的质量检测又是工程质量控制的重要手段之一，随着我国经济建设和基础设施建设的迅速发展，桩基础作为一种成熟的基础形式已得到广泛应用。而基桩质量检测也得到了更加广泛地应用。因此，本文对基桩低应变检测技术进行了探讨。

关键词：基桩；低应变；检测技术

前言

低应变动力试桩法主要用于检测桩的完整，即检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别。根据激振方式的不同，可分为反射波法，机械阻抗法、水电效应法和共振法等数种。目前广泛采用的低应变动力试桩方法是反射波法。下面，就“反射波法”检测技术作一些探讨。

反射波法设备简便，方法快速、费用低、结果比较可靠，是普查桩身质量的一种有力手段，根据反射波法的试验结果来确定静载试验、钻芯法、高应变法的桩位，可以使检测数量不多的静载等试验的结果更具有代表性，来弥补静载等试验抽样率低带来的不足，或静载试验等出现不合格桩后，用来加大检测面，为桩基处理方案提供更多的依据。因此反射波法越来越被人们所接受。

一、局限性

低应变因为其冲击能量小、速度脉冲窄，利于“查明”桩上部或浅部的缺陷；同时因受土阻力耗散，应力波难以到达桩的中、下部，对桩中、下部不敏感。当桩身存在纵向裂缝时，低应变试验结果可能与静载等试验结果相差较大。

二、适用范围

反射波法的理论依据基础以一维线弹性杆件模型为依据，因此，受检桩的长细比，瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比均宜大于5，设计桩身截面应基本规则。另外，一维理论要求应力波在桩中传播时平截面假设成立，所以，对溥壁钢管桩和类似于H型钢桩的异型桩，本方法不适用；由于水泥土桩，砂石桩等桩身阻抗与桩周土的阻抗差异小，应力波在这类桩中传播时能量衰减快，同时，反射波法很难分析评价高压灌浆的补强效果，因此，反射波法不适用水泥土桩，砂石桩等桩的质量检测，高压灌浆等补强加固桩也不宜采用本方法检测。

三、仪器设备

目前国内基桩反射波法动测仪器生产单位、厂家在有近二十家，其中生产具有一定规模的单位不足十家，进口仪器主要有美国的PIT，荷兰的TNO和瑞典的PID等。我省大部分检测部门都采用美国PDI桩基动力学公司研制生产的PIT。其主要优点有：（1）主机全部采用军工级元器件，全封闭、防尘、防潮；（2）抗干扰能力强；（3）主分辨率触模式屏幕，用手指触模操作。（4）内存大，分辨率高；（5）具有信号平均、叠加、信号电子放大、指数放大，低通、高通数字滤波等功能。

四、工作原理

应力波反射法，一维杆件中波动理论为基础，假定桩身为一维弹性杆件，介质均匀连续，桩身波阻抗远大于桩周土波阻抗，不考虑桩周土的影响，这时有一维波动方程：

式中c2=E/ρ为桩身内弹性纵波的传播速度。由一维波动理论可知桩身波阻抗Z=EA/C=ρ*C*A式中Z—桩的广义阻抗；C—弹性纵波波速；E—桩的弹性模量；A—桩的横截面积；ρ—桩的质量密度。将一维波动理论用于一维杆件弹性桩，在桩顶锤击力作用下，产生一下行压缩波，当遇到波阻抗变化截面时，此时入射波将发生反射和透射，分析桩顶入射波在变截面处的反射和透射可得：     及   式中i、r、t分别代表入射、反射和透射。由上式可见，下行波在向下传播的过程中，遇到波阻抗减小（即Z1＞Z2），产生反射波和透射波，这时反射波Vr与入射波Vi符号一致，表明反射波的速度信号与入射波的速度信号相位相同（同向反射）；当下行波遇到波阻抗增大（即Z1＜Z2），反射波Vr与入射波Vi符号相反，表明反射波的速度信号与入射波的速度信号相位相反（反向反射），在锤击激振前，事先在桩顶安装好传感器，即可以通过传感器接收到来自桩身各个波阻抗变截面处反射上来的信息，依据这些信息，结合工程资料，即可以判定所检测桩的桩身完整性。

五、波形测试

低应变桩身完整性试验是依据实测速度来进行分析判断的，好的测试信号应该是速度曲线回零，有明显或较明显的桩底反射波，无寄生振荡和干扰信号，且起始信号不削波。实测速度信号一般包含冲击入射波，桩底反射波、接桩和裂缝的反射，桩身阻抗变化引起的反射，桩侧土阻力及土层变化引起的反射等。只有获得真实的实测波形，才有可能分析出正确的结果。

选择适当材料和重量的锤。一般来说，小桩选择较小的锤，大桩选择较重的锤或力棒。比较长的桩宜选择脉冲比较宽的激振源，才容易获得桩底反射信号，如模型桩等桩径小，所设置的缺陷深度范围小，因此要求入射波脉冲窄，若脉冲大宽则会影响缺陷的分辨率导致漏判或影响缺陷程度的判断。

传感器安装点的表面应平整、密实，其周围不得有缺损或裂缝。锤击点与传感器安装点的距离要适中，不应太近。锤击点若在桩的中心，则传感器安装点与桩中心的距离宜桩半径的三分之二处；对于预应力管桩，传感器安装点与锤击点的平面夹角为90

0，安装后的传感器应紧贴桩顶表面，并与桩顶面保持垂直，锤击时应沿桩轴向激振。

波速的确定，有准确桩长L和明显桩底反射时间tr时可按下式计算该桩的波速：，一般地，砼的弹性波速与其强度有相关关系，强度愈高的砼对应的波速愈高，但不是简单的一一对应关系。预应力管桩波速取值一般在4200m/s左右、预制方桩3700m/s左右、灌注桩3500m/s左右。

六、工程实例及结果评价

实例1： 中山某酒店工程冲孔桩其中67#桩，桩径1300mm，砼强度C40，桩长31m，设定波速为3600m/s，实测波形曲线如下图：

从上图实测曲线来看，该桩在2L/C时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波。桩底出现反向反射，表明桩底与持力层耦合良好，桩身完整性评价为Ⅰ类桩。

实例2： 中山西区某工地，冲孔桩，其中84#桩，桩径700mm，砼强度C40，桩长29.7m，设定波速3600m/s，实测波形曲线如下图：

从上图实测曲线来看，该桩在2L/C时刻前（即5米处）出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波，桩身完整性评价为Ⅱ类桩。

实例3： 中山西区某工地，冲孔桩，其中4#桩，桩径600mm，砼强度C25，桩长23.8m，设定波速3500m/s，实测曲线如下图：

从上图实测曲线来看，该桩在2L/C时刻前（即4.5m处）出现严重缺陷反射波，无桩底反射，桩身完整性评价为Ⅳ类桩。

实例4：中山某工地，冲孔桩，其中1#桩，桩径600mm，砼强度C25，桩长22m，设定波速3500m/s，实测曲线如下图：

从上图实测曲线来看，该桩在2L/C时刻前（即4.5m处）出现明显缺陷反射波，其特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间。桩身完整性评价为Ⅲ类桩。

实例5：中山火炬某工地，冲孔嵌岩桩，其中6#桩，桩径1300mm，砼强度C40，桩长17m，设定波速3600m/s，实测曲线如下图：

从上图实测曲线来看，桩身在3.5m有轻微缺陷，桩底出现同向反射，表明桩底与持力层耦合不好，桩端存在明显缺陷，桩身完整性评价为Ⅲ类桩。

七、结束语

通过初步理论分析和工程实践。认为，反射波法能检测桩的主要缺陷，解决了大量的工程质量问题。但由于反射波法“力”持续时间限制，对一些特殊的缺陷尚无法发现。利用现有的技术很难定量确定缺陷形状，尚有待我们大家进一步研究探讨。

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