灌注桩低应变动力检测方法及注意事项

刘亚兴

（山西振兴公路监理有限公司，山西 太原 030006）

钢筋混凝土桩基础是工程结构特别是桥梁工程中采用的主要基础类型，目前约占全部工程结构基础的80%以上。作为重要承重结构的桩基础，其在结构安全中的地位是至关重要的，但是它属于地下隐蔽结构物（特别是水下灌注桩），由于地质的复杂性、意外事件的不确定性，导致桩基础出现各种缺陷的较大的可能性。资料表明，国内外现场灌注桩施工中桩身出现缺陷的概率约为20%，因此对桩基础的质量控制和检测检验显得至关重要。

桩基动力检测方法一般可分为两大类，一种是大应变动力检测，一种是低应变动力检测。大应变动力检测主要用于桩基的承载力检测，对桩基的工程整体质量进行推定。低应变动力检测主要用于桩基的完整性，推定缺陷类型及其在桩身中的位置，同时可以对桩长进行核对，对桩身混凝土进行估计。其最大的优点是方便、快捷，对桩身无损害，能够比较直观地反映出桩身的质量。因此，应用相当广泛。本文主要结合本人的工作经验对桩身的低应变动力检测的方法进行阐述，对其在检测准备阶段和检测过程中应注意的事项进行阐述。

1 低应变动力检测的方法的分类

主要有反射波法、机械阻抗法、动力参数法、声波透射法。

2 各种检测方法的适用范围

2.1 反射波法

主要适用于检测桩身混凝土的完整性，推定缺陷类型及其在桩身中的位置，同时可以对桩长进行核对，对桩身混凝土的强度进行估计。

本法使用范围广，对桩径和桩长的要求不高。

2.2 机械阻抗法

本法有稳态激振和瞬态激振两种方式。主要适用于检测桩身混凝土的完整性、推定缺陷类别及其在桩身中的部位。有效测试范围为桩长与桩径之比小于30，根据本人多年的监测桩基的实践，机械阻抗法其测试范围不仅要符合上述条件，一般还要满足桩全长L＜35 m，如果达到35 m以上，其桩底的反射很不明显，直接影响检测结果。

2.3 动力参数法

动力参数法可分为初速法和频率法两种。频率法应用较多，其适用范围限于摩擦桩，并应有准确的地质勘探报告及土工试验资料作为计算依据。主要是要提供可靠的地质剖面图及各地层的内摩擦角和重度，桩长范围不大于40m，不小于5m。

因各方面的条件限制其应用较少。

2.4 声波透射法

本方法适用于检测桩径大于0.6 m的混凝土灌注桩的完整性，目前应用最广。

3 各种检测方法数据处理与质量判定

3.1 反射波法

依据波列图中入射波和反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达时间等特征，来推定单桩的完整性。

（1）桩身混凝土的反射波速可按下式进行计算：

式中：L：桩身全长；

tr：从入射波发出到反射波收到所经历的时间；

Vpm：同一工地多根合格桩的平均波速；

tr′：从入射波发出到从桩身缺陷处发射的波传到接收器所经历的时间。

（3）反射波波形规则、波列清晰、桩底反射波明显，容易读取时间，波速较高的桩为完整性好的单桩。

（4）反射波到达时间小于桩底反射波到达时间，且波幅较大，出现多次反射，难以观测到桩底反射波，则意味着该桩为断桩。

（5）若波速较低，反射波幅减小、频率降低，则初步可以判定该桩的砼在灌注时砼严重离析，砼的立方体抗压强度偏低。

（6）在检测过程中如果发现有异常波形，最好能够采用多种办法进行对比应证，包括钻芯取样。

3.2 机械阻抗法

（1）根据测试的机械导纳曲线，初步确定各单桩中的完整桩，并计算波速和各完整桩的波速平均值。

（2）计算各单桩的测量桩长、导纳几何平均值、导纳理论值、导纳最大峰幅值等。

（3）根据计算结果参照规程中的经验表格推定桩身砼的质量。

3.3 动力参数法

单桩竖向承载力的推算值，R按下式计算：

式中：h0：穿心锤的回弹高度；

H：穿心锤的落距；

V00：桩头振动的初速度；

R0：单桩竖向承载力的推算值，kN；

f0：桩-土体系的固有频率，Hz；

W0：穿心锤的质量；

ΒV：频率-初速度的调整系数。

此公式比较复杂，相关参数较多，个别参数因测试者积累的资料数据和人为因素有关，其推定结果因人而异。因此，如果推定结果与设计要求很接近时，宜采用多种方法（包括大应变动载试验）进行比对。

3.4 声波透射法

（1）首先根据现场测定的数据绘制声时—深度曲线和波幅—深度曲线，按下式计算：

式中：tc：砼中声波传播时间，μs；

t：声时原始测定值，μs；

t0：声波检测仪发射到接收系统的延迟时间，μs；

t'：声时修正值，μs；

I：两个检测管外壁之间的距离，mm；

vp：砼中的声速，km/s。

（2）利用声时平均值和声时标准差判断桩身有无缺陷。

（3）利用声时-深度曲线中相邻测点的斜率及其声时差值作出缺陷判据。

（4）利用波幅（衰减量）判定缺陷。

（5）利用接收波形的形态，辅以多点发射、高差反射等措施，对桩基质量进行综合评判。

上述检验方法及数据处理均通过微机处理，本文不再列式重复。

4 各种检测方法的注意事项

4.1 反射波法

由于不同工区桩的类型、桩径大小、桩头混凝土质量、土层地质情况等条件差异较大，检测时，对激振和接收的最佳条件选择，只能通过现场试验对比来确定，确定最佳接收条件，主要是指调节放大器增益，使波形不产生畸变。改变滤波频率是为了提高分辨率和改善信（号）噪（声）比。

4.2 机械阻抗法

（1）若使用电子管功率放大器，一般要预热0.5 h左右。

（2）若使用模拟式仪器系统进行测试时，必须选择合理的扫频速率，使桩的振动接近稳态。

4.3 动力参数法

（1）传感器要尽可能远离冲击点及桩头外露的钢筋，以减少杂波干扰。

（2）要利用冲击振动波形的振幅进行监视，以便调整合适的冲击能量。

4.4 声波透射法

（1）不适用桩径大小的桩基，一般要在桩径1 m以上（含1 m）才使用。

（2）声测管必须相互平行，如果不平行必然导致距离不同，根据前述公式（5）知，将严重影响检测速度，从而影响检测的结果。

（3）声测管中必须灌入清水。有些施工单位不太重视这一点，经常将沟渠中浑浊的污水灌进去，里边很多情况下都混有泥砂等杂物，将严重影响桩身混凝土的反射速度。本人曾在西北某高速公路桥梁桩基检测中，因声测管中注入沟渠水，导致误判为该桩混凝土强度偏低，后将污水抽干后重检合格。

（4）声测管必须插入桩底，且几根声测管的底标高要一致，否则对桩长可能引起误判，特别是有的桩基底部采用素混凝土时更要注意。

（5）声测管底部必须封闭牢固，不能漏浆、漏水，顶部要加盖，防止砼或其他异物落入孔中，中间接头部分必须焊严或采用橡胶套圈封水。本人曾见到某工地在声测管中不慎落入一个铁榔头卡在中间部位，影响检测结果，只得钻芯认证。

总之，各种检测方法都有其适用范围和局限性，在实际检测时必须采用合适的检验方法，并且最好使用两种以上的检测方法进行对比认证。