探讨桩基低应变的无损检测特征信号

谢立翔

摘 要：对于低应变桩基检测来说，检测过程中可能会面临各种因素的影响，比如现场地质勘查资料、桩基施工图、施工设备、成孔形式、桩基设计承载桩型等，并且部分情况下也可能会因人为因素影响而出现检测偏差，数据信息准确性也会对低应变无损检测的可靠性带来影响。对此，在桩基低应变无损检测过程中便需要明确并排除各项影响因素，重点掌握低应变无损监测特征信号的分析，从而制定对应的改进对策。本文便根据工程实例展开论述，探讨桩基低应变无损检测的特征信号，以及低应变法的具体应用，期望能够为业内人士提供参考。

关键词：桩基检测;低应变无损检测;特征信号

中图分类号：TU473.16 文献标识码：A

1 工程概况

本文以某工程为实例，需要检测的项目工程为预应力混凝土管桩，桩端持力层为⑦层，为中风化泥质砂岩，总桩有66根，采用低应变法对其中的17根桩进行检测，I类桩有16根，约占被检测总数的94.12%，这类桩体混凝土波速基本在4 000 m/s～4 280 m/s之间，II类桩有1根，占被检测总数的5.88%。

2 低应变法无损检测特征信号简述

对于低应变无损检测法来说，其应用原理如下：在桩顶施加瞬时冲击力后，将会生成纵向振动应力波，从桩顶向桩体传播，而应力波向下传播的过程中会对应力波的传播产生影响，并且在遭遇变异波时会产生明显的反射作用。在反射波传播到桩基础顶部之后，顶部传感设备便可以接受反射波，同时获取反射波的动态波形信息，经过有关设备便可以对反射波信息进行收集与记录，对反射应力波的特征信息進行收集与分析，能够帮助技术人员获取桩基础质量信息。在这一系列过程中，可以采用桩基不同应力波曲线测试的方法，锤打桩顶的有关位置，但锤打过程中也要规避点激现象，锤打后会产生应力波，应力波会向下传播，倘若应力波对桩阻界面带来影响，导致桩阻界面发生改变，比如桩体开裂或混凝土分离膨胀等，应力波便会向下传播的同时向上反射，在达到桩底后依然会产生反射现象。应力波传播过程中，加速度传感器能够接收到一定信号，信号技术的应用则可以针对这一信号生成曲线或时域曲线，时域曲线能够在多种条件下进行信号的判断与处理，帮助技术人员进行判断[1]。

3 桩基无损检测特征信号分析

3.1 完整桩

若应力波为F（t）、传播速度为V、桩阻抗为Z，在z1=z2时，桩体所产生的反射信号并不一定，测量波形中大多数情况下也只有一种固定的反射信号。若是摩擦桩，那么可能会因材料因素影响，形成的波阻抗z1会高于桩底形成水位土的波阻抗z2，而反射波与入射波则为同相。若桩体为嵌岩桩，那么桩体材料的波阻抗z1便会比桩要高，相比于摩擦桩来说，波阻抗z1则要更低。基础Z2波阻抗也就是反射波会与入射波相反。两个桩的标准波形如图1所示。

3.2 缩径桩和扩径桩

若A1大于A2，z1大于z2，那么反射波形会具备正负叠加特点，标准波形如图2。

3.3 分桩及断桩

若的情况下，反射波的波形和缩径桩基本上相同，整体平均波速则会更低，可以确定为隔离桩。因应力波会在断桩位置阻断反射，断桩位置通常不具备桩底有关的反射信号，断桩部位信号一般和入射波相同。当波速确定时，可以按照实测波的到达时间了解断桩的位置信息。该工程对19#楼桩基础进行无损检测特征信号，经过对结果的分析能够了解到，该工程多数桩体为完整桩[2]。

4 低应变法在桩基检测中的运用

4.1 低应变法的应用原理

在桩顶上施加激振信号，之后便可以在桩体结构中获取对应的应力波，以客观的角度分析，应力波在成桩之后会逐渐跟随实际桩体来传播，实现传播效率的提高。若遭遇不连续界面的情况，应力波便会在反射作用下变为其他波形，在反射波波形特点及传播时间的判断方面，可以更高效地检测桩基础完整性。

4.2 提高低应变法应用效果的方法

（1）在检测初期，技术人员需要做好一系列准备工作，先将待检测的桩头进行位置调整，保证其标高能够达到检测要求，这一步骤能够确保桩体及混凝土强度可以达到设计标准，一般试验最好要保证高于15 MPa，并且桩顶也要保证干净没有杂物，让混凝土表面充分表露出来。同时还需要切断桩顶外部突出，会对检测过程带来影响的钢筋，保证纵向时桩顶与桩周基础的牢固性。此外，在预应力管桩低应变试验之前，若桩头凸缘和桩体混凝土连接，那么可以免去第二次处理环节，若未连接则需要进行桩头清洗。

（2）为了改善低应变法的应用效果，技术人员在桩基检测中也需要运用一定的方法和手段，确保桩基能够经受住重复试验，同时也能够降低试验误差，避免试验过程受外在因素影响。除此之外，试验人员也可以通过信号增强或重复激发等方式改善检测效果。

（3）桩长取桩顶测点到桩底长度，桩身界面为施工断层面，期间试验人员需要对时域信号进行记录，实践周期在2 L/c左右，时间在5 ms左右。在结合同种桩试验值的同时合理控制桩的波速。不管是采样间隔还是频率，都需要根据桩长和桩波速进行合理控制，采取一定方法确保时域信号采样点在1024点以内，此外还要设计好传感器。

（4）为了保证桩基检测的可靠性和准确性，现场需要在试验之前制定完善的方案，降低桩身质量不合格而导致的质量问题，若桩基质量存在质量问题，便需要提供有关的报告资料，包括项目地质调查报告、桩身混凝土设计报告、桩长施工报告等。

（5）在收集低应变信号时，需要确保传感器的位置安装合理，使得传感器能够与桩顶耦合。需要选择合理的锤击方法，为了保证桩下部缺陷反射信号，可以选择宽脉冲低频法，而若想获取桩身缺陷的反射信号则需要选择窄脉冲高频法。钻孔灌注桩激振点是桩芯的重点位置，传感器的安装一般在距离桩芯2/3半径的位置，预应力管桩激振点需要保证和测量传感器对应，平面和桩中心线夹角保证在90°左右，此外还要确保激振点与测量传感器设计在桩壁厚度1/3的位置。

5 结束语

虽然低应变法在实际应用中具有明显优势，但应用过程也要明确这一技术的应用要点，合理应用才能充分发挥其优势，也为桩基施工带来更加可靠的支持。

参考文献：

[1]阳亮.对低应变检测桩底信号的分析[J].建筑知识：学术刊，2013（B02）：32-33.

[2]刘洋.低应变法在基桩无损检测中的应用[J].工程地球物理学报，2009（S1）：184-187.