简述低应变反射波在桩基础检测中的应用

简述低应变反射波在桩基础检测中的应用

郑大轩

郑大轩(江门市交通工程质量监督站）

摘要：随着我国国民经济与工程建设的快速发展，桩基检测作为隐蔽工程验收的重要环节，对保证整个工程建设的安全稳定起着十分重要的作用。采用低应变反射波法判读钻孔灌注桩桩身质量，具有检测速度快、经济，便于全面普查桩的质量、判别桩的完整性和质量缺陷等特点，是一种值得推广的方法。

关键词：低应变反射波桩基础检测

1基本概述

混凝土钻孔灌注桩是桥梁基础工程常用的形式之一，桩能将桥梁上部结构的荷载传递到深层稳定的土层上去，从而大大减少基础沉降和不均匀沉降。但由于钻孔灌注桩是在地下或水下成孔、灌注混凝土，加之成孔方法各异、地质条件的变化、混凝土浇注时间长短不等各因素影响，钻孔灌注桩极易出现缺陷。20世纪80年代以来，我国的基桩检测技术、特别是基桩动测技术得到了飞速发展。它是一门多学科交叉的综合体，也是一门新兴的高新技术，它涉及工程地质、地基与基础、振动理论、波动理论、建筑结构、岩土力学、桩基设计与施工、测试技术和数据分析等专业知识。反射波法与其他桩基础检测方法（如超声波法、钻孔抽芯法）相比具有方便快速、经济实用等优点。但是，如果不对影响检测结果的相关因素加以分析，认真对待，而盲目地去检测，就不能保证检测结果的准确性和可靠性，其检测结果不能真实地反映桩基工程施工质量，从而导致误判，给工程留下质量隐患或造成经济损失。

2反射波法的理论基础与基本模型

2.1基本原理基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。经接受放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可根据视波速和桩底反射波到达时间对桩的实际长度加以核对。

2.2低应变反射波法检测桩体完整性的基本模型反射波法是建立在一维波动理论的基础上的。假设桩为质地均匀、各向同性的一维线弹性体（桩的长度远大于直径，且入射波波长λ大于桩的直径），当用手锤在桩顶敲击时，产生的应力波在桩身传播满足一维波动方程。在推导桩的纵向振动方程时，作以下基本假设：①桩身视为一维杆件。②材料均匀，视为弹性材料。③桩身横截面上应力分布均匀，波阻抗可以被识别。

3实际应用

3.1检测方法和步骤检测步骤：

3.1.1清理整平桩头；

3.1.2调试仪器，选择适当参数；

3.1.3将加速度传感器垂直安放在传感器安装点处；

3.1.4用相应材质和重量的激振锤在桩头激振点处选择适当的能量激振；

3.1.5选取较为理想的波形曲线并存储；

3.1.6将数据传输至计算机，对记录曲线进行分析、计算，并评价桩身质量。

3.2检测设备本次检测使用武汉沿海公司RS-1616K(S)型基桩动测仪，该仪器是为桩基检测设计的，具有动态范围高，智能化电脑控制及数据处理、多通道、高可靠性与兼容性、微功耗等特点。

3.3现场检测结果的处理和判断

3.3.1分析计算方法将钢筋混凝土桩视为一维弹性杆，当桩顶受到一冲击力后，其应力以波动形式在桩身中传播，遇到波阻抗差异面后，产生反射波信号，通过分析，达到检查传身质量的目的.根据时域波形，比较入射波与反射波到达时刻及其振幅、相位、频率等特征，进行判析和计算。以完整桩的首次桩底反射时间Δt计算该桩的波速：

Vc=2L/Δt

式中：L：完整桩的桩长，Δt：完整桩桩底反射波的传播时间由该工程完整桩的平均波速Vc，

计算缺陷的位置：

Li=1/2*Vc*Δt；

式中：缺陷桩Li缺陷处反射波的传播时间

3.3.2桩身质量评定

根据《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）的有关规定，低应变检测桩身质量评定原则如下：

3.4桩身完整性类别划分：

Ⅰ类桩：桩身完整，可正常使用；

Ⅱ类桩：桩身基本完整、有轻度缺陷，不影响正常使用；

Ⅲ类桩：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响；

Ⅳ类桩：桩身有严重缺陷，对桩身结构承载力有严重影响。

3.5桩身完整性判定原则：

3.5.1Ⅰ类桩：桩端反射较明显，无缺陷反射波，振幅谱线分布正常，混凝土波速处于正常范围。

3.5.2Ⅱ类桩：桩端反射较明显，但有局部缺陷所产生的反射信号，混凝土波速处于正常范围。

3.5.3Ⅲ类桩：桩端反射不明显，可见缺陷二次反射信号，或有桩端反射信号但波速明显偏底。

3.5.4Ⅳ类桩：无桩端反射信号，可见缺陷引起的多次强反射信号，或按平均波速计算的桩长明显短于设计桩长。

4检测中几个主要影响因素

4.1桩身浅部缺陷的判定当采用仪器检测时，浅部缺陷非常灵敏，从理论上分析，浅部声波呈球面状发散，与检测理论要求略有偏差，造成杂波较多易判断失误。所以在有条件的情况下，浅部缺陷均采用开挖验证。

4.2传感器的放置应变传感器是否稳定地与桩面完全接触，是否与桩身轴线平行对采集的信号影响很大。当传感器与桩平面之间有一层粉屑，没有完全接触时，测出曲线是混乱无规则的，无法用于分析。这是由于应力波只在桩面与传感器之间重复传送叠加造成的。这种情况，对于有经验的检测人员，在现场就可以判断是由于传感器接触不良造成的。当传感器平面与桩轴线不垂直时，测出的曲线是混乱的、无规律的，由于这时应力波是沿桩的截面方向传播，完全偏离了一维线性理论，得到的是一组完全失真的曲线。当桩面不平整，传感器与锤击点之间的距离过远时会在曲线上靠近始脉冲处形成类似于缺陷的波，这是由于灌注桩面不平整，由应力波中表面波成分反射生成的。当桩头完全修平之后，这个伪缺陷的波完全消失。

4.3桩面处理对检测的影响桩面混凝土的处理对检测结果有直接的影响，在进行低应变动测时，桩面处理基本上是用锤子修出一块平面，与实际的动测要求有一定差距。当表面不平整时，会影响到检测的结果，如桩面有垂直的小裂缝时，当传感器粘贴位置不同时，可能出现不同。遇到此种情况，应将裂缝部份砍掉后重新动测。

4.4关于缺陷桩验证问题当对动测的桩身缺陷有争议时，可采用更高级别的检测手段进行验证，主要包括有超声波检测法和钻芯检测法。

5结论

运用应力波反射法检测钻孔灌注桩的施工质量，具有检测速度快、费用低、便于全面普查桩的质量、判别桩的完整性和质量缺陷，是一种值得推广的方法。但目前桩基低应变检测技术水平、检测人员素质均有所差异，这就要求我们能够因地制宜地运用应力波传播机理进行分析判断，才能比较准确地分析和判断。