人为因素对低应变法检测桩身完整性的影响分析

沈家仁 李金耀 耿成珍

1.概述

低应变法具有检测快、操作简便、费用少等优点，目前已普遍用于混凝土灌注桩、预应力管桩、水泥粉煤灰碎石桩等基桩的桩身完整性判定。

低应变反射波检测法是通过锤击桩顶，使基桩产生低能量的竖向激振，由此产生的应力波沿桩身向下传播，在应力波通过阻抗变化截面时，一部分应力波反射回桩顶接收装置，一部分应力波产生透射继续向下传播至桩端，在桩端处发生反射，最终回到桩顶，由桩顶的加速度传感器作为接收装置，接收波信号并进行信号放大处理后，得到速度时程曲线或力时程曲线，采用波动理论进行时域分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法[1]。

2.工程实例

本项目为某危房改造桩基础施工项目，桩径500mm，均为长螺旋钻孔灌注桩。甲方委托甲检测公司于2020 年4 月6 日进行低应变检测，施工单位则委托乙检测公司于2020年4月7日进行低应变检测，由于甲、乙公司的检测结果差异太大，甲方和施工单位就桩身质量无法达到一致，于是进入司法程序。为查明案情，由人民法院委托具备司法鉴定资格的丙检测公司，在双方当事人共同见证下，进行桩身完整性检测。丙公司曾建议采用钻芯法进行检测，但双方当事人中一方不同意采用钻芯法检测，理由是钻芯会对桩体产生破坏，且可能会因后期钻孔恢复等问题产生更多的矛盾，遂确定采用低应变法进行桩身完整性检测。

3.检测结果对比

三家检测公司部分桩身完整性判定结果如表1。

表1 部分桩身完整性检测结果对比

其中I 类桩为桩身完整，II 类桩为桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥，III 类桩为桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响，IV 类桩为桩身存在严重缺陷,时域信号特征：2L/c 时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波；或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰[2]。

4.影响分析

通过对比三家检测公司的检测报告，并提取部分桩的检测数据进行分析，结果如图1。

图1 乙公司2#桩实测波形曲线

乙、丙两家检测公司实测波形曲线形状基本一致，而甲检测公司实测波形曲线波幅较大，且出现两处明显反射波。故甲公司评定该桩为III 类桩。

甲公司将设计桩长19.3m 直接作为检测桩长对该桩波形曲线进行评定，而实际检测时，桩头已被破除1.2m 左右，且施工桩长小于设计桩长，因此有效桩长并未达到19.3m。甲公司的波形曲线在约16m 位置处出现反射波，该反射波应为桩底反射波，不应作为缺陷反射波进行评定。

而乙公司2#桩实测波形曲线桩底反射波判定准确，即15.97m 作为有效桩长对桩身完整性进行判定，但在约4m 位置处出现明显缺陷反射波峰时仍评定该桩为I 类桩，评定同样不准确。

丙公司2#桩的实测波形曲线与乙公司基本一致，桩底反射波判定明确，根据4m 位置处出现缺陷反射波，不考虑有效桩长小于设计桩长将该桩评定为II类桩，评定准确。

针对7#桩因已开挖，虽然甲、丙两家公司对7#桩均评定为III 类桩。通过对开挖部分检查验证，可发现在浅部桩基确实存在夹泥现象，但甲公司实测波形曲线仍存在反射波幅较大的情况。经了解，甲公司在进行现场检测时，未对桩头进行处理，而低应变反射波基准是桩头部位的阻抗，根据桩身阻抗变化引起波形变动判断其缺陷位置及大小[3]。其原因在于桩顶面不平整，可能存在浮浆或其他桩头处理不到位的情况，从而对测试信号造成较大的影响。

乙、丙两家公司在现场检测前，均对桩头进行了重新打磨，因此波形曲线波幅处于正常范围内，且无杂波或周期性振荡波出现。

针对1#桩分析乙、丙公司的波形曲线，乙公司实测波形曲线浅部缺陷反射波不明显，但桩底反射波明显，而丙公司实测波形浅部有轻微缺陷反射波，而桩底反射波不明显。故乙公司评定为I 类桩，丙公司评定1#桩为II 类桩。

分析其原因在于乙公司检测人员存在敲击桩头时锤作用时间过长或敲击垫层过软，主要产生低频应力波，低应变反射波依据波动理论进行检测，当敲击作用时间过长或敲击垫层过软时，主要产生低频应力波，采样波周期较大，从而导致采样间隔时间越大[4]，造成浅部缺陷漏检，未能扫描到浅部轻微缺陷，但与此同时，低频信号对桩底反射及深部缺陷较为敏感。

相反，丙公司则采用垫层较硬或敲击作用时间短，利于激发高频应力波，检测出浅部轻微缺陷，但桩底反射波则不明显（见图2）。

图2 丙公司1#桩实测波形曲线

最后，考虑到甲、乙公司检测的委托方不同，也可能对检测结果造成了一定的影响，甲检测公司的委托方为甲方，评定结果偏低，整体偏差；乙检测公司的委托方为施工方，评定结果则偏良好。

5.结论

低应变法检测桩身完整性虽然操作简单、检测快捷，但实测波形曲线并不直观，不能量化缺陷，同时反射波预设的参数取值与强度、桩长并非对应关系，同样会造成误判，因此不能忽视人为因素对检测结果的影响。测试人员水平、测试过程和测量系统各环节、人为信号再处理等，均直接影响结论判断的正确性[5]。

（1）预设桩长大于实际桩长时，极易将桩底反射波作为缺陷，从而造成桩基深部有缺陷而桩底反射波不明显的误判[1]。

（2）若桩头未处理好就进行检测，易对测试信号造成影响，因桩头部位存在较大的阻抗变化，实测波形曲线会出现浅部周期性振荡。

（3）由于激振能量作用时间及垫层软硬程度也会对结果造成影响，检测时应根据不同的检测目的选用不同的激振锤及垫层，作用时间长或垫层过软容易造成浅部缺陷漏检，但反射波在桩身内传播损耗小，可检测到桩底反射波及深部缺陷，相反敲击作用时间短或垫层过硬，则对浅部缺陷识别敏感，但容易造成深部缺陷及桩底反射波波形曲线不明显，深部缺陷性质不易识别。

（4）桩身存在多个缺陷时，深部缺陷容易被浅部缺陷的反射波掩盖，容易发生漏判。

（5）检测单位应加强对检测人员的相关管理，包括技术水平、责任心等，避免因人为因素导致检测结果失真。