低应变反射波法在桩基检测中的应用分析

蒋 煜

南京市水利建筑工程检测中心有限公司 江苏南京 210000

多数建筑工程施工中，均需要应用到桩基施工方案，此项作业属于一类较为隐蔽的地下工程。由于桩基施工整体工序比较复杂化，一旦施工质量不符合施工要求，很可能会导致工程出现离析甚至断桩问题，影响工程质量的同时，威胁施工安全。为了预防上述状况产生，就需要在施工现场采纳有效的桩基质量检测方法，确保桩基施工无问题。低频应变反射波方案是一种比较快捷的检测手段，因其成本低、检测效果佳而在施工中最为常用。

1 常见的桩基施工问题

1.1 冲钻孔灌注桩施工问题

进行冲钻孔灌注桩施工时，桩基处理期间比较常见的问题，主要包括以下几点：

（1）桩基出现混凝土离析、夹泥或是断裂类问题，且桩顶部位的混凝土密实度不足[1]。

（2）嵌岩桩：此类冲钻孔灌注桩的施工问题，主要表现在混凝土的前清孔与施工标准不相符方面，且桩基底部的沉渣厚度过大，远超出施工图纸设计标准，最终增加了桩基地端位置的承载压力，影响施工质量。

1.2 混凝土预制桩施工问题

进行冲击钻孔灌注桩施工时，桩基处理期间比较常见的问题，主要包括以下几点：

（1）桩基在经过锤击施工后，由于偏离桩基中心线，导致桩身出现断裂情况[2]。

（2）桩基施工中，技术人员在进行桩头的焊接处理时，由于焊接后所预留的冷却时间不足，影响了焊接质量，随之开始出现接头断裂类质量问题。

1.3 其他桩基施工问题

除开上述混凝土预制桩以及冲钻孔灌注桩的施工质量问题以外，还有其他桩基问题需要借助桩基检测技术辅助完成施工，提升施工质量，具体如下：不同桩型在施工中，由于桩倾斜度超出施工允许范围，导致桩基施工出现质量问题[3]。此类问题形成的原因主要在于钻孔时技术人员对于钻孔的垂直度把控不到位，致使孔径的垂直度脱离于桩基作业标准，所得出的钻孔无法满足后续桩基处理要求。

2 低应变反射波法在桩基检测中的应用原理及要点

2.1 应用原理

桩基施工中，应用低应变反射波法进行质量检测，想要保障检测质量，就需要了解该项检测技术的操作原理[4]。低应变反射波法检测之时，检测应力波主要是由桩顶所施加的激振信号所产生，且应力波会沿着桩基的桩身进行传播，如应力波传播期间遇到不连续的桩底面、界面时，则会自动生成反射波，此时检测系统会自动接收反射波，并对其波形特征、到达时间、变动幅值进行分析和判断，继而得出桩基施工的完整性[5]。开展具体的桩基低应变反射波法检测分析时，以实验的形式分析其检测原理如下：

设定桩基是一个一维性质的“线性弹力杆”，进行桩基的一维波动计算时，具体计算公式见式（1）。

式中：L——桩基的长度；

A——桩基的横截面积；

E——桩基的弹性模量；

ρ——桩基的质量密度；

Z=AρC——桩基检测时的广义波阻抗。

设定桩基中的某一位置出现阻抗改变，那么低应变反射波法操作下的应力波会直接从阻抗Z1、介质Ⅰ进入到阻抗Z2、介质Ⅱ中，最终由其得出反射波（Vr）以及速度透射波（Vt）。

随后，设定桩基的桩身质量完好系数见式（2）。

根据桩基检测公式（3）和公式（4），对缺陷的大小、范围、面积进行确认时，需要针对缺陷所反射出来的幅值定性进行分析。尤其是缺陷的位置确认时，需要结合反射波的时间，其计算公式见式（5）。

此外，应用低应变反射波法进行工程中桩基施工质量检测时，检测设备的现场连接操作如图1 所示。

图1 低应变反射波法检测桩基设备连接图

2.2 应用要点

2.2.1 做好桩基检测工作开展的相关准备工作

进行建筑工程中桩基质量检验工作时，为了确保低应变反射波法的应用效果，检测开始之前，技术操作人员必须做好相应的检查工作，才能确保质量检测的效果，提升检测数据的精准性，促进检测质量随之得到提升[6]。同时，准备工作的开展，也可在极大程度上为后续的检测工作流程推进带来帮助，以此提升检测效率，降低检测成本。详细分析而言，应该做好如下准备工作关键点：

（1）做好对施工现场中涉及桩基工程的各项作业材料，包括技术交底情况以及现场地质条件等，目的在于为后续的桩基项目作业期间各类施工工艺执行、施工材料投用、成桩的长度及直径等条件，均符合工程施工图纸设计标准及要求，以此确保施工数据与施工要求相一致[7]。

（2）在桩基检测中，未应用低应变反射波法之前，技术人员需要将桩基顶部区域的配置的钢板切开，并同步完成桩基同步区域的混凝土浮浆或是疏松部位的清理和整顿工作，以此确保桩基施工中桩头位置能够完全露出足够密实的混凝土，最终提升低应变反射波法应用后的检测结果准确度。

（3）除开上述准备工作开展以外，技术人员还需做好如下桩基检测准备工作：做好桩基检测现场的仪器设备准备工作。期间需要就仪器的运行电量是否充足做好检查，并就力锤、传感器连接处是否正常、耦合剂质量是否过关进行检查；做好桩基检测参数设定的检查工作。检测人员需要现场针对桩基的相关参数做好检查，对于仪器设备的参数设定也需检查到位，包括桩长、桩号以及桩径等；桩基检测工作正式开始之前，需要在桩基顶部将传感器粘接完毕，可以使用耦合剂完成，并确认粘接的稳固度，避免因传感器粘接不牢而影响桩基检测精准性。

2.2.2 检测过程要点

应用低应变反射波法进行建筑工程桩基检测时，想要提升具体的检测效果及质量，应该重点做好如下检测要点的质量把控工作：

（1）做好检测设备传感器的安装及激振操作、处理工作。进行传感器的安装时，技术人员必须针对安装点提前做好混凝土的施工处理，主要可以从两方面着手，一种是做好混凝土表面的密实处理，另一种是混凝土平面的操作处理。当执行传感器安装施工流程时，应该对激振方向做好垂直处理，垂直的对标对象应是桩基的顶面[9]。为了提升传感器的安装稳固性，应优先选择粘合强度更高的一类耦合剂。进行激振施工处理时，其激振的方向应该与桩基轴线方向保持一致，且应该将激振点、传感器安装点这两点，分别与钢筋笼的主筋安装位置完全避开。最后，应该选用铺垫或是力锤辅助激振安装效率，力锤应该选定重量适宜类工具规格，锤垫则应该选择软硬适中的材质。

（2）信号采集及检测数据筛选要点。首先在桩基的桩心堆成位置，布设传感器的安装点用于检测，数量为2～4 个，且呈对称态势。进行空心桩基的质量检测时，传感器的安装点应该设定为桩基壁厚的1/ 2 高度处，而实心桩基的质量检测时，传感器安装点则应该在距离桩基中心半径位置的2/ 3 位置处。此过程中需要注意，检测点、激振点两者，均需要与桩基的桩中心之间的连线夹角呈90°。其次，完成激振点以及检测点的安装工作进行信号采集之后，如果所检测的桩基直径较大、桩基上部横截面的尺寸呈不规则状态时，需要重点结合桩基的信号实测特性去分析，并根据分析结果去就监检测点、传感器安装点作出适宜性的调整，确保所有桩基检测所采集到的信息真实可靠[10]。另外，当重复多次完成检测后，所得出的信号检测结果之间仍旧存在偏差，此时就需要适当增加检测点的数量，并就偏差出现的原因进行分析，并给出解决办法。

（3）数据处理要点。应用低应变反射波法完成桩基检测后，还需要重点做好检测数据处理工作。具体而言，应该从以下几方面着手：完整桩的数据处理，当桩基检测工作完成后，确认桩基质量为合格，那么应用低应变反射波法所得出的检测结果在数据呈现上，比较光滑、完整，桩底的反射信号也极为完整，波速的传递具有均匀协调的特征；断桩的数据处理，在应用低应变反射波法检测桩基之后，当桩基存在断桩问题，那么检测所得出的波形图，则会在数据表现上形成十分明显的波峰状，同时桩基底部位置所搜集的反射信号也相较于其他区域更弱。

3 案例分析

某住宅小区109# 桩基的桩低应变实测案例分析中，桩基的桩长为12.66m，桩径为1.2m，桩基施工的混凝土强度为C35。109# 桩基的低应变实测波形如图2 所示。根据图2 中应用低应变反射波法所检测得出的波形曲线够发现，在桩基7.5m 左右的位置上，出现了比较明显的反射波，可得出住宅工程109# 桩基的桩身为Ⅲ类完整性。

图2 109# 桩基的低应变实测波形

4 结语

随着科学技术的不断进步和发展，国家基础设施建设水平也随之得到了大幅度的提升，桩基工程为一类典型性的基础施工项目，开始被应用于更多工程建筑中，同时也为桩基检验技术的更新和升级提供了背景和空间。建筑工程中，本次研究所介绍的低应变反射波桩基质量检测技术，是一种不会破坏桩身完整性的检测方案，且经过案例分析可以发现，其成本低且检测结果真实性与可靠性均比较高，因此值得在后续的桩基施工检测中投用和推广。