试述桩基检测中低应变动测的应用

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【摘要】桩基低应变动测是以先进的基桩测试系统和应力波分析理论为基础，具有一定的可靠性，利用它对桩基础进行质量检测是可行的。本文介绍了低应变动测的基本原理，探讨了桩基检测中低应变动测的应用。

【关键词】桩基 检测 低压 变动测

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：

前言

近年来，随着高速公路的迅猛增加，桥梁工程、建筑工程中普遍采用桩基以提高承载力，但由于工程地质及施工技术等方面的原因，往往会有部分桩出现断裂、离析、夹泥、缩径，严重影响基桩的承载力。为了保证工程质量，须对基桩进行检测。基桩质量检测的方法很多，如静载试验法、钻芯取样法、声波透射法和高低应变动力试桩法。目前普遍采用低应变应力波反射法，简称反射波法。反射波法是一种较完善的基桩质量检测方法，对基桩缺陷的评判有相当高的准确度，且反射波法检测基桩桩身质量具有方便、经济、不破坏结构等显著特点，所以成为检测基桩桩身质量比较普及的手段之一， 并受到广大用户的欢迎。以下结合工程实例浅谈反射波法在基桩完整性检测中的应用。

一、低应变动测的基本原理

低应变动测(也称反射波法)源于应力波理论，基本原理是在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗界面(如桩底、断桩或严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩颈或扩颈)部位，将产生反射波，经接收、放大滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。通过对反射信息进行分析计算，判断桩身砼完整性，判定桩身缺陷的程度及其位置。

二、桩基础

桩基础采用不同的材料(木、钢筋混凝土、钢材)、不同的截面(方形、圆形、空心、实心)和不同的成桩方法(预制、现场灌注、打入法、压入法)支承在不同的土层上作为各类工程结构物的基础(建筑物的低桩承台，桥梁或码头的高桩承台)，具有很好的承载特性。

桩支承于坚硬的(基岩、密实的卵砾石层)或较硬的(硬塑黏性土、中密砂等)持力层上，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担构筑物的全部竖向荷载(包括偏心荷载)。桩基具有很大的竖向单桩刚度(端承桩)或群桩刚度(摩擦桩)，在构筑物自重或相邻荷载影响下，不会产生过大的不均匀沉降，并能保证构筑物的倾斜不超过允许范围。

箱、筏承台底土分担上部结构荷载。如德国法兰克福展览会大楼，筒中筒结构，桩筏基础，56层，高256 m，仅用64根 1 300 ITlm钻孔桩，长度26．9 m～34．9 m，建筑物总重l 880 MN，筏底土分担25％的荷载。

桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震引起的浅层土液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保构筑物的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。

三、影响桩基低应变检测的因素

由于灌注桩考虑到以后的承台问题，桩头均有钢筋露出，这对实测波形有一定影响，严重时影响反射信息的识别(见图1)。这是因为在桩头激振时，钢筋所产生的回声极易被传感器接收，之后又与反射信息叠加在一起。克服这一影响因素的方法是，将传感器用细砂或粘土屏蔽起来，使传感器收不到声波信息。

桩头破损对波形的影响：预制桩在贯入过程中，桩头可能产生破损，灌注桩头表面松散，这将使弹性波能量很快衰减，从而削弱了桩间及桩底反射信息，影响了波形的识别。有效途径是：破除桩头的缺陷部分。

总之，影响基桩质量检测波形的因素较多，工作中应逐一排除，以提高桩检的测试质量和准确性。

四、现场信号的采集

1、桩头的处理

桩头的处理必须满足检测需要，桩头处理的好坏将直接影响到检测的质量，桩头松散时测到的是振荡波形曲线，无法反映桩身整体质量情况。无论采用何种方法进行验桩，受验桩都应凿掉桩头浮浆，得到结实的砼质面，尤其是安装传感器和敲击的部位，必要时可用磨光机进行打磨平整桩面，桩头一般不允许与其他结构相连，必要时还需切除过长的外露钢筋，以免干扰检测信号。为确保采样质量，要求桩身混凝土应达到一定检测龄期。

传感器的选择和安装:目前国内较常用的传感器有速度计和加速度计两种。加速度计的频响范围较宽，低频下限约为数Hz，高频上限约为数kHz甚至为十几kHz，冲击型加速计的低频响应和零漂性能更好；速度计的频响范围较窄，低频下限约为数十Hz，高频上限约为数百Hz，国内生产经过改造的速度计频响范围也只能达到10～2000Hz，频带宽远不如加速度计宽，采用速度计往往会造成检测信号失真。现场检测时由于振源、桩身阻尼与衰减等方面的影响，很难有(也没必要有)覆盖全频域的信号出现，检测时具体使用那种传感器应视实际情况而定，一般情况下，检测小直径、短桩宜采用加速度计，才可确保采集到精确的浅部缺陷信号，减少“测试盲区”；而在检测大直径、长桩时采用速度计，则可避免因加速度计接收大能量激振信号时产生过载而阻塞。当然，若能用两种传感器同时进行采样，性能互为补充，检测效果将更好。传感器的安装点表面应该平整，其周围不能有破碎和裂缝。传感器可用石膏或黄油、橡皮泥等软粘性材料牢固地粘在经过打磨的桩头平面上(粘结层不宜太厚)，安装越牢固则传感器的谐振频率越高，传感器的安装应与桩轴线保持平行，图(2)为传感器不同安装情况下的实测波形曲线。传感器安装不好时测到的波形旱振荡特征(如图2 a)，容易导致误判。

图2 传感器不同安装情况下测得的波形曲线

2、激振点与检测点的布置

激振点与传感器不能靠得太近，距离宜保持在2／3R，对于直径较大的桩，检测时应变换传感器的安装位置(至少两个点以七)，以保证检测信号的准确性和普遍性，当检测信号一致性较差时必须增加检测点；激振点与传感器安装点宜远离钢筋笼的主筋，以减少外露钢筋对检测信号的干扰，必要时可切除过长的外露钢筋。

3、激振锤的选择

针对不同的检测对象选择激振锤，小桩选择较小的锤，大桩则选择较重的锤或力棒。一般来说，对于较长的或大直径桩应选择脉冲较宽的激振源，以获得较大的锤击能量，才能容易获取桩底反射信号；而对于桩径较小、桩长较短或估计缺陷深度较小的桩，则要求入射波脉冲，此时采用小锤敲击，就可避免由于脉冲太宽影响缺陷分辨率，导致漏判缺陷或影响缺陷程度的判断。在检测过程巾，可配备不同的锤和锤垫，根据需要选择不同的锤具。图3为使用不同锤具敲击所测的波形曲线，从图3看出大锤敲击比用小锤可更清楚地看到桩底反射信号。

图3使用不同锤具敲击所得波形曲线

4、参数的设定

（1）波速的设定。波速本身不属于完整性判定的范畴，但是通过波速可以确定短桩、缺陷的位置。现场检测时，在已知桩长和桩底反射时间情况下，可选择五根以上的完整桩计算平均波速，作为整批受检桩的平均波涑 当施工单位提供的桩长不准确时，波速的平均值则可根据本地区相同桩型及成桩工艺的其他桩基工程的实测值，结合混凝土的强度等级、龄期和检测人员的经验来综合设定。有条件的单位可以对混凝土(特别是预制桩)的波速进行实测，求得实测波速。

（2）仪器增益、滤波频率和采样间隔的选择对采样信号的放大倍数应该进行合理选择，不宜选择过大，以免造成零漂，使误差增大，失掉或增添信息，产生误判。滤波的处理对检测结果也至关重要，合理的低通滤波可以防止高频下扰信号被错误地当作有用信息。正确地选择才不致使信号丢失有用信息或改变信号特征，采样间隔宜在10～50us之间。

结论

桩基础检测的方法很多，如反射波法、超声波法、机械法等，每一种方法都有其适用范围和特性。迄今为止，桩基低应变动力检测技术尚未完全成熟，随着桩基检测理论和实践的不断发展，在建立桩一土动力作用的力学机理及相关理论的同时，发展先进的测量技术和对测试信号的正确解释，桩基动测技术在工程中的应用将会越来越广泛。

【参考文献】

[1] 陈凡，徐天平，陈久照，等．基桩质量检测技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，2003．

[2] 刘兴录．桩基工程与动测技术200问[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000