基桩高低应变检测相关问题探讨
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【摘 要】结合笔者工程实践经验，提出基桩高低应变检测的原理以及区别，分别就这两种基桩检测技术进行分析，提出其相应的检测控制技术，为同类工程提供参考。
【关键词】基桩检测；低应变检测；高应变检测；检测技术
1．引言
基桩检测通过对基桩上施工能量，根据反射波信息来预估基桩承载力以及质量。在实际基桩检测过程中，锤击能量选择、原始材料收集、检测时间选择、传感器安装以及桩头处理好坏都会影响着基桩高低应变检测的精度与结构的可靠性，因此如何确保检测过程中检测质量与检测数据的合理分析是关键，现结合实践来进行深入探讨。
2．检测准备工作
在进行基桩高低应变检测前应当预先收集工程地质勘察资料、基桩设计和施工资料。对于被测桩均应进行桩头处理，包括挖出桩头，清理桩周场地、凿去浇灌的浮浆部分，使桩头安装传感器和激振部位平整。要求切除桩头外延长的钢筋。同时在进行基桩检测前，应对主机及传感器进行必要的检查和测试，使用模拟桩进行系统校验，发现问题及时送交检修人员或检修。不合格的仪器或传感器不准用于检测。
3．低应变基桩检测技术
对桩基采取低应变完整性检测是根据应力波在不同波阻抗和不同约束条件下传播特性来判别桩身质量。具体方法是：试验时将传感器紧密粘贴在被测桩头上，在桩身顶部用力棒（或力锤）进行竖向激振，产生应力波；应力波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗差异界面或桩身截面积发生变化时将产生反射信息，经接收、放大、和滤波后记录在基桩检测仪内；然后用电子计算机对记录数据（反射信息）进行处理，结合施工工艺、地层等综合分析，识别来自桩身不同部位的反射信息，据此反射信息对基桩的施工质量进行判释。
低应变检测一般首先进行，以了解试验前桩身的完整性。进行低应变试验前通知委托方或现场监理工程师，经批准后进场进行试验，其正确的操作步骤应为：传感器安装面预处理；安装传感器；调整仪器进入接受状态；检查信号、存储信号；重复观测确定信号一致性；改变锤击位置及接受位置，重新观测；对异常桩重点对待。同时对每批桩低应变试验结束后及时进行分析，对于存在问题的桩应及时将分析结果通知监理或委托方。
4．高应变承载力检测
高应变法是用瞬态激振，使桩土发生相对迁移，利用波动理论揭示桩土体系在接近极限阶段时的工作性能，评价桩身质量，分析桩的极限承载力。具体来说，高应变动力试验是用重锤冲击桩顶，使桩土间产生相对位移，实测桩顶力和加速度的时程曲线，通过波动方程分析法拟合计算单桩的极限承载力。其操作步骤应采取如下：传感器安装面预处理；重锤就位；在仪器监控下安装应力、加速度传感器；调整仪器进入接受状态；按预定高度起吊重锤，接受操作员指挥，使重锤自动脱钩；仪器操作员检查采集信号、工作人员检查传感器；根据操作人员意见重复上述步骤，或进行下一根桩的试验工作。直至全部试验结束。同样对于存在有问题的桩应及时将分析结果通知监理或委托方。
5．检测质量控制技术
（1）对每个检测工地均应进行激振、接收条件的选择试验，确定最佳激振和接收条件。根据不同桩型必须进行仪器接收参数的对比试验，以确定方法的有效性。在一个检测工地中，应尽量保持接收参数和传感器的一致性，以便进行有效的对比分析。激振点一般选择在桩头中心部位、传感器应牢固地安置在桩顶上，避免产生随机谐振。对于桩径大于350mm的桩可安置两个或多个传感器接收。根据不同激发频率要求，应采用不同重量和材质的击锤进行激振。当随机干扰较大时，多次重复激振，以增强反射信号，压制随机干扰，提高信噪比。为提高反射波的分辩率，应采用小能量激振，用截止频率较高的传感器和采用宽带放大器。
（2）放大器增益选择，不允许产生波幅削波现象。在满足能记录到桩底2次反射波的情况下，宜采用较高的采样率。在桩头上进行横向激振，对浅部断桩，缩径和严重离析等缺陷有较明显的反映，可与纵向激振检测配合进行。对每根被检测的单桩，均应重复测试，时域波形应有较好的重复性。当重复性不好时应及时清理激振点，改善传感器安置条件或排除仪器的故障后重新进行测试。对于异常波形，应在现场及时分析研究，首先排除可能存在的激振或接收条件不良因素的影响后，再重复测试。
（3）采取合理的资料分析。正确选取信号，确定波速平均值；假定桩和土的力学模型，根据勘察报告和施工记录选定计算模型的初始参数；利用实测的加速度曲线作为输入的边界条件，通过波动方程数学求解，反算桩顶的力曲线；如果计算的曲线与实测的曲线不吻合，说明假定的模型及参数不合理，有针对性地调整桩土模型及参数；根据调整后的桩土模型及参数再行计算，直至计算曲线与实测曲线的吻合程度良好。
（1）实际工程桩动测中，在桩顶给桩以入射波，使入射波在下行过程中遇到桩截面或界面阻抗变化和桩周岩土阻力作用以反射波的形式上行返回至桩顶，通过对桩顶部测量的应力波信号提取反射波或上行波信息，并与入射波或下行波相比较，达到检测承载力和桩身完整性之目的。就动测桩的实质而言，最受关注的信息就是反射波，而反射波就是上行波。
（2）土阻力问题。在低应变检测中，土阻力的作用被忽略，视弹性波的传播局限在桩身内部。但是土阻力对弹性波传播过程的影响是确实存在的。高应变检测中无法忽视土阻力的存在，因为检测桩承载力的过程主要就是分析研究桩周围土静阻力发挥作用的过程。这里，强调应力波在传播时，土阻力的变化同样会产生反射与透射，会产生类似杆件的阻抗（E、A、）中任一项或几项的变化的反射与透射。高应变检测技术的难点不仅要识别阻抗（E、A、）的变化，还要识别和计算土阻力的变化；还有一个难点是把土体振动时动态的土阻力（阻尼）如何等效为土的静阻力。
（3）《规范》对锤击设备有以下两条强制性规定：高应变检测用重锤应材质均匀、形状对称、锤底平整，高径（宽）比不得小于1，并采用铸铁或铸钢制作。当采取自由落锤安装加速度传感器的方式实测锤击力时，重锤应整体铸造，且高径（宽）比应在1.0～1.5范围内。进行高应变承载力检测时，锤的重量应大于预估单桩极限承载力的1.0%～1.5%，混凝土桩的桩径大于600mm或桩长大于30m时取高值。
（4）实测曲线拟合法。在实测力或速度曲线中，选一条曲线进行相应的波动计算，将求得的另一条计算曲线与实测曲线相比较拟合。也可以通过力和速度曲线求解上行波和下行波相拟合，即从上行波曲线（或下行波曲线）出发，对各种参数进行设定，计算出下行波（或上行波）曲线，把计算结果和相应的实测曲线进行比较，根据对比的差值，自动修改数学模型，再进行下一次的计算拟合，如此反复进行，直至达到拟合效果满意为止，最终给出符合实际桩土体系的各种参数。
7．结语
结合笔者实践以及思考，分别提出了基桩高低应变的检测技术以及相应的质量控制要点，同时就目前基桩检测中存在的相关问题进行分析，提出了一些可行的思路，旨在能为同类工程提供参考借鉴。
参考文献
[1]马凤生. 基桩检测技术常见问题分析[J]. 山西建筑，2009，(03).