浅谈低应变在实际工程中的应用

叶乾晶

慈溪市诚宏建设工程检测有限公司 315300

摘要：低应变反射波法作为无损检测的手段，近年来越来越被应用在桩身完整性检测中，不同缺陷类型在低应变检测中的曲线表现不同，本文简述了低应变反射波法的分析原理并结合工程实例中的实际低应变曲线，对不同类型的缺陷进行了总结，同时提出了低应变现场检测中需要注意的问题。

关键词：基桩检测；完整性；反射波法；缺陷检测；实例分析

一、引言

低应变反射波法，近些年来越来越被多的作为检测桩身完整性的一种有效手段，其便捷性，成本低，对桩身无破坏，更是得到业主和施工单位的青睐。经过多年的研究和广泛的应用，也可以说逐步发展成为一种对基桩工程质量的积极有效性保障。其判定桩身缺陷程度，缺陷在桩身的位置和缺陷的类型上具有一定的准确性。工程桩应用在我国的城市建筑非常多，但是由于受地质条件、施工工艺以及一些不确定因素的影响，不可能百分之百的基桩都能达到合格的要求，难免会有部分的基桩存在不同程度的缺陷，尤其在灌注桩的施工过程中，出现夹泥、离析、缩径、甚至断桩等情况，因此，在实际工程检测中，利用测得反射波曲线信号准确地判断桩身质量，排除工程隐患，对基桩的质量评价是至关重要的。

本文结合工作中的一些低应变反射波法检测的工程实例说明不同缺陷类型在低应变曲线中的反映。总结不同缺陷桩的工程经验。

二、低应变反射波法的基本原理

低应变反射波法主要功能是检验桩身结构完整性，如桩身缺陷位置判断，施工桩长校对和混凝土强度等级定性估计等。其理论是利用了一维波在直杆中的传播规律，把工程桩模拟为一维杆件，用手锤或力锤，力棒敲击桩顶，由此产生的应力波沿桩身以波速C向下传播，应力波通过桩阻抗Z（Z=ρAC）发生了变化如（在工程桩中的反映如缩颈，扩颈，离析，夹泥，断裂等）一部分应力波产生反射向上传播，另一部分应力波产生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射。检测分析反射波的传播时间，幅值，相位，和波形特征，从而判断出桩身缺陷的位置，大小，性质等信息，最终对桩身完整性给予评价。

由安装在桩顶的加速度或速度传感器，接收反射波信号，并由测桩仪进行信号放大等处理后，得到加速度时程曲线。从曲线形态特征可以判断阻抗变化位置或校核桩长，由平均波速大小估计混凝土的强度等级。

混凝土的速度C及桩身缺陷的深度L'可按下列方式计算：

C=2L/ΔT 1

L'=1/2CmΔt 2

式中：

L—测点下桩长（m）；

ΔT—速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差；

Δtx —速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差；

Cm—桩身波速的平均值（m/s）.

L'—测点下的缺陷位置（m）

三、反射波法的数学模型

低应变反射波法是把桩当作连续均质的弹性杆，研究桩顶在动态力作用下，弹性杆的纵向波动，以一维波动理论为基础的桩土体系动态响应。

应力波沿桩身以波速C向下传播，经过dt时间，波行走dL距离，

dL=C·dt 3

桩段dL产生的位移为du

u=V·dt 4

因假设为弹性杆，应力—应变服从虎克定律

σ=E×ε 5

F=σ×A 6

将式3～5代入式6得

F=EA/C·V=Z·V 7

式7表明力和速度比例關系，比例系数简称为力学阻抗力Z。

低应变反射波法就是量测桩身阻抗Z变化的应力波反射规律

四、理论模型桩的反射波信号分析

根据波动理论，弹性波在桩身内轴向传播的基本规律：

Rv=（Z1-Z2）/（Z1+Z2） 8

Z1和Z2为反射界面两侧介质的广义波阻抗（假设弹性波从Z1介质进入Z2介质）

当桩身遇到缩颈，断裂、混凝土离析各夹泥等阻抗变小时，Z2Z1，反射系数Rv为负值，反射波与入射波反相位。

五、实测反射波信号分析

1、完整桩

慈溪某工地238#桩为PC400A（95）预制管桩，桩身混凝土强度等级为C60，桩长为12m，桩径为400mm，桩底反射明显，波速正常，桩身均匀无缺陷反射波，为完整桩，见图1。

图1

慈溪某工地55#桩为嵌岩钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级为C35，桩长为39.96m，桩径为900mm，无桩底反射，入射峰后出现波浪式，见图2。经了解，由于浇筑至装顶时商品混凝土坍落度偏大，桩顶位置混凝土强度较低，截掉桩头1m 后重测，桩底反射明显，无明显缺陷，见图3。

图2

图3

2—1、缩颈桩

慈溪某工地42#桩为钻孔灌注桩，桩身强度等级为C30，桩长为40m，桩径为800mm，实测反射波信号在桩身缺陷处有明显的同相反射信号，但整桩波速不会下降，与完整桩波速较为一致。见图4。

图4

2—2、离析桩

慈溪某工地8-4#桩为嵌岩钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级为C35，桩长为40.89m，桩径为900mm，实测反射波信号在桩身缺陷处产生同相反射信号，与完整桩波速比较，波速略有下降，一般比完整桩的波速低200—300m/s。（波速下降情况与离析情况有关，如果严重离析，波速会更低，同相信号更明显。）见图5。

图5

3、扩颈桩

慈溪某工地4-24#桩为嵌岩钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级为C35，桩长为41.76m，桩径为900mm，实测反射波信号在扩径处产生反相反射信号，波速与完整桩较为一致。见图6。

图6

4、断桩

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