低应变法在基桩完整性检测中应注意影响精度的几个问题

殷 勇

(攀枝花天誉工程检测有限公司，四川攀枝花617023)

我国幅员辽阔地质情况复杂，桩基广泛应用于建筑结构。低应变法检测桩身完整性具有价格低、检测速度快、可普查、能提高桩基工程整体的可靠度等优点，所以低应变法是基桩检测的最常用的方法。然而这种方式却存在很多问题，只有解决了这些问题才能确保我们的基桩质量。

1 检测原理

低应变反射波法检测桩身结构完整性的基本原理是：低应变反射波法基本理论是假设桩为连续弹性一维均匀介质的杆状物体，当应力波在杆中传播时，其大小不会发生变化，波的传播方向与应力波中质点运动方向相同，但与拉伸波中质点的运动方向相反。反射波法检验桩的结构完整性就是利用应力波的这种性质，当桩身某截面出现扩、缩颈或有夹泥截面等情况时，就会引起介质的阻抗变化，从而使一部分波产生反射并到达桩顶，由安装在桩顶的拾振器测试并记录，由此可以判断基桩的完整性。

由此可知，如能测到弹性波的传输时间，当波速已知时，即可确定反射波的位置；反之，如桩长已知，即可测到混凝土波速。

2 影响低应变法在基桩完整性检测中的因素

2.1 瞬态激振法在桩身完整性、质量检测时的判定及缺陷特征

2.1.1 明确定义桩身完整性质量检测的标准问题

随着桩基完整性检测方法的不断进步，桩基规范对桩身的完整性类别进行了划分，把桩基分为Ⅰ类桩、Ⅱ类桩、Ⅲ类桩和Ⅳ类桩。其实这种划分方法没有一个统一的依据。由于这种检测方法只是对桩基本身的材料、尺寸、缺陷度等几方面的质量问题进行检测，所以这种划分方法和这种检测方法完全依赖于承载力能否达标。而低应变法还不能直接检测桩基承载力，并且这种检测方法对于桩基本身的承载力依赖较大，完全凭检测人员的经验判断，因此在实际施工过程中完全可能存在低应变法检测的桩身存在严重缺陷。在设计院设计承载力保守的情况下，静荷载试验仍然是可以通过的，低应变检测合格的桩基，如果桩端没有打入持力层，其承载力也有可能不满足设计要求。所以这种检测方法不能定量，低应变检测桩基方法还只能是一种检测桩身缺陷的定性分析方式。

2.1.2 不同类型桩的缺陷特征

桩身的缺陷对于预制桩来说，多数表现为桩顶破裂或者是浅部有裂痕等，如果在运输中没有出现损坏或者是接桩不良的现象，那么这类桩基本是安全可用的。对于灌注桩桩身的完整性检测过程比较繁杂，因为桩成型之后不可见，其质量不仅受到施工过程中人为因素影响，还受自然因素如地质条件等因素的干扰，一般缺陷是缩径、扩径、混凝土离析等，其中缩径情况严重会断裂。还有开挖时机械的损坏，这类桩的检测曲线比预制桩复杂的多，截面具有变化性，这也是缺陷的表现，很多的情况下会使曲线更加混乱，分析过程就会困难重重。而桩周围的土对曲线影响也较大，因为土和桩同时受力，并且土的摩擦力和阻力不是均匀分布的，如果摩阻力突变，那么桩土系统阻抗也会突变，这就对应力波的传播造成了严重的干扰。还因为其本身会出现反射情况，使缺陷判断的难度大大增加，在检测过程汇总，桩身周围土的分布一般是上部是硬土，下部是软土，应力波通过这样的界面后，土的摩阻力减小，这样使其引起的阻抗也有所降低，缩径的假象就很容易出现了。而这种界面的变化性也较大，受到地层和地下水位变化等因素影响，也是发生事故频率较高的地方。沉管灌注桩会受到施工时给相邻桩带来的干扰，如果施工中没有合理安排顺序，尤其是在小桩距的施工中，相邻桩桩身的质量问题就难以保证，特别是浅部，频繁出现的缺陷是断裂。由此说明，灌注桩桩身完整性检测的分析，要结合各种自然因素、人为原因以及施工地地质的具体情况，还有施工中做的记录等多方面综合考虑，然后进行判断。

2.2 影响敲击脉冲宽度的因素

低应变法检测桩基完整性是在一维波动理论上建立起来的，桩基实际上是一个三维物体，一维波动理论提出只有三维物体在脉冲中的高频分量的波长远远大于10倍物体直径时，这种分析方法才有实际应用价值。并且要求高频分量又不能太大，这就要求我们在实际检测时对敲击脉冲宽度有一定的控制，如果脉冲宽度过窄，窄脉冲不能有效地避免高频成分带来的干扰，窄脉冲的低频分量增加不能加大测试的深度。锤头硬度、锤重、锤垫厚度和软硬程度都是影响敲击脉冲宽度的因素，要想使脉冲越宽就要使锤垫越厚，并且要控制在4～5 s内，脉冲过宽易掩盖浅部缺陷反射，且会降低测试的灵敏度。

2.3 测试操作人员对信号质量的判断

信号质量的判断中，操作人员需要先判断各锤、各个传感器和检测点间信号是否一致。而达到真正的一致应该是桩土系统震动或者反射特征之间的一致，这是在信号中记录的。测试中还要以时域和频率分析相互结合。

确定好一致性问题之后，就需要对信号质量进行判断。信号初始应该起跳利落，杂波尽量减少，没有漂移和非正常震荡情况，桩底反射明显，尾部归零，只有达到这样的情况下所采集的信号才可以用于分析。如果没有达到这个要求，需要直接在现场调查原因。耦合剂过厚引起传感器接触不好，会导致信号出现低频、振幅加强、无法衰减到零。如果传感器接触良好的情况下，浮浆未处理或是桩头的浅部松散、断裂也可能导致信号出现问题，此时就需要处理后重新测试。操作人员对于现场测试信号的质量好坏要严格监控、测试和控制，采集到有效真实的信号，这是必要的。为了确保最后分析和判断的准确性、精确度，就一定要保证资料可靠、质量保证，这是分析桩基完整性测试的重要保证。

3 加强检测的控制措施

综上所述是影响低应变检测桩基方法效果的几个重要技术因素。最重要的影响检测结果的是人为主观因素。一旦测试人员对质量监控的意识低下，测试过程中三心二意，只凭经验不遵守有关规程、规范，再加上经验不足或者技术太差，就将造成严重的错判误判，给工程质量带来隐患或没必要的经济损失。应该从以下几个方面进行有效控制：

(1)不断的对测试人员进行技术培训，思想教育。提高测试人员的职业素质，建立质量终身责任挂钩制度、季度考核，测试人员必须严格遵守相关的规范，具有忧患意识。

(2)对于检测设备的维护和保养工作要严格重视，定期检测仪器的精度，并生成检测报告备案，以保证仪器的性能和良好的工作状态，在检测之前要进行开机试验，工作状态正常才可以使用，以免后患。电池、电瓶要及时充电，传感器定期标定，严格杜绝不合格的传感器使用，对于一个工程中的传感器要进行一致性检测，以减少传感器带来的误差。

(3)材料因素是保证击振装置具有良好重复性。 为了保证信号最终质量，使用绝缘、屏蔽效果良好的电缆。耦合剂尽量选择粘度适中的。而提高触发时的精确度和灵敏性，触发器最好使用压电陶瓷片进行触发，因为它具有高灵敏度、延迟时间较短的优势。

(4)测试前准备工作：要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本等同。灌注桩应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，并露出坚硬的混凝土表面。桩顶表面应平整干净且无积水；应将敲击点和响应测量传感器安装点部位磨平，妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。对于预应力管桩，当法兰盘与桩身混凝土之间结合紧密时，可不进行处理，否则应采用电锯将桩头锯平。

(5)传感器的安装、激振点位置和敲击方式的选择都是测试方法可能影响结果的因素。传感器用耦合剂粘结时，粘结层应尽可能薄；必要时可采用冲击钻打孔安装方式，传感器底安装面应与桩顶面紧密接触。激振以及传感器安装均应沿桩的轴线方向。 激振点与传感器安装点应尽量远离钢筋笼的主筋，传感器安装点与激振点距离和位置不同，所受干扰的程度各异。研究成果表明：实心桩安装点在距桩中心约2/3半径R时，所受干扰相对较小；空心桩安装点与激振点平面夹角等于或略大于90°时也有类似效果。因此一定要保证传感器安装准确，坚守平、稳、牢三点原则。

(6)测试时环境也是影响结果的因素之一。一定要在测试之前对环境分析，采取避开环境因素带来的干扰和振动。传感器放置在新鲜的混凝土表面上，对50 Hz电磁干扰应利用仪器内的功能压制或消除干扰。

(7)开始检测前作应通过现场试验选择不同材质的锤头或锤垫，以获得低频宽脉冲或高频窄脉冲。除大直径桩外，冲击脉冲中的有效高频分量可选择不超过2 000 Hz。桩直径小时脉冲可稍窄一些。选择激振设备没有过多的限制，如力锤、力棒等。桩长参数应以实际记录的施工桩长为依据，按测点至桩底的距离设定。测试前桩身波速可根据本地区同类桩型的测试值初步设定。根据前面测试的若干根桩的真实波速的平均值，对初步设定的波速调整。

(8)检测过程中，同一工程的同一批试桩的试验操作宜保持同等条件，根据桩径大小，桩心对称布置2～4 个检测点；每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个，而且应具有良好的重复性，通过叠加平均提高信噪比。

4 结束语

建筑工程中对于桩基的检测越来越重视，低应变法检测是建筑工程最常用的桩基检测方法。目前低应变法检测还存在很多问题，只有解决了影响低应变检测法的因素，才能从根本上杜绝桩基给建筑工程带来的安全隐患。加强对检测人员的职业素质教育，加强对检测设备的维护和保养，这 样才能不断提高低应变法检测桩基技术，为建筑工程打好根基，促使建筑业健康发展，铸造更多的精品。

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