基桩低应变检测方法及其工程运用

2023-11-02吴龙飞

大众标准化 2023年19期

吴龙飞

（广州越监工程质量安全检测中心有限公司，广东广州 511457）

工程施工进程中，基桩部分是重点，因此备受重视，为保证基桩施工质量，有必要引入系列检测方法，对比钻芯法、静载试验、高应变法等方法来说，低应变检测有着较大的应用优势，比如操作更简单、对场地的要求更少等。在应用该种检测方式时，需根据工程的实际特征，预设低应变检测方案，合理布设检测点，进行不同位置的多次测量，综合多项数据，进行研究分析，判断基桩属于哪种类型，为后续施工提供可靠参考。

1 基桩低应变检测原理

（1）当前阶段应用较多的低应变检测方法多是低应变反射波法，狭义上直接称为低应变法，其在瞬态激振作用下形成瞬态冲击，测出桩基础速度、加速度对应的响应速度，该种检测方法是基于线性杆件模型发挥作用，根据一维波动理论评价基桩完整性，故而要求瞬态激振波长、基桩横向尺寸比值与检测桩基细长应≥5。向基桩施加瞬态激振后，参考弹性波传播规律要求，必须满足一维波动方程：δ2/δt2-v2δ2u/δx2=0，v2=E/ρ，其中v指的是纵波波速，ρ指的是基桩材料密度，A指的是基桩截面积，E指的是基桩弹性模量。

（2）弹性波传播进程中会相应自身阻抗Z变化，其中Z=ρvA，假设在传播进程中基桩各项参数由A0、E0、ρ0、V0变化为A1、E1、ρ1、V1，则通过平面弹性波传播理论，可求出对应反射系数R：R=（ρ1v1A1-ρ2v2A2）/（ρ1v1A1+ρ2v2A2），预测检测结果，在波阻抗出现差异（基桩密实度变化、截面变化）界面处会出现波的透射、反射现象，分析其发展规律，判断桩身特征，一般包括两种形式：其一，通向反射，即Z1＜Z0，依靠上式，求出R＞0，此时入射波、反射波同相，基桩本身广义阻抗相对较小，代表基桩可能出现了断桩、麻面、蜂面、胶结差、胶结较差、夹泥、缩径等一系列问题；第二，反向反射，即Z1＞Z0，依靠上式，求出R＜0，此时入射波、反射波反相，基桩本身广义阻抗相对较大，代表基桩混凝土强度高、存在扩径等现象。

（3）在计算基桩缺陷位置时，按照以下方法展开：x=△tx·c/2000，也可选择x=c/2△f求解，其中x指的是基桩缺陷位置与传感器之间距离大小；△t指的是速度波第一峰、缺陷反射波峰之间时间差；c指的是基础桩身侧得的波速；△f指的是幅频信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差。在难以确定桩身波速时，按照以下公式计算：c均=，ci=2 000L/△T，ci=2L·△f，其中，c均指的是基桩波速均值，ic指的是检测第i类基桩时测得的波速均值，且要求不超过5%；L指的是测点下桩长；△f指的是幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差；△T指的是速度波第一峰与桩底反射波峰间时间差；n指的是基桩数量。

2 基桩低应变检测方法

低应变检测主要用于评价基桩质量，需要检测人员详细了解建筑结构、波动理论、土力学、地基基础、信号处理、振动测试等方面的信息。按照以下方法展开检测：

（1）初步工作。进行资料搜集、现场勘探，对基桩工程有初步了解；确定抽检数据、选择桩位、确定检测时间；安装传感器，若是实心桩，在距离基桩中心2/3半径位置安装传感器；若是空心桩，需要保持传感器、激振点在一个水平面，在与桩中心连接时，构成的夹角宜为90°，在桩壁厚一半处安装传感器；结合桩径大小与实际需求，在桩心对称位置安装3个左右传感器的检测点。

（2）激振点、锤击振源确定。在进行现场测试时，准备多种类型的锤头、锤垫，按照实际所需选取；在确定激振点位置时，若是实心桩，在桩中心位置设定激振点；若是空心桩，传感器安装处、激振点在同一水平面，保持与桩中心连线夹角不超过90°，在桩壁厚一半处布设激振点。还需满足激振要求：桩面、激振方向保持垂直，激振点完好、平整，在激振时摈除其他影响因素，实现单扰动；确保激振点与钢筋笼主筋距离达标；在激振时，进行现场敲击试验，选择重量适宜的激振力锤、型号契合的锤垫，在通过宽脉冲得到桩身、桩底处缺陷反射信号信息，通过窄脉冲得到桩身上部所有的缺陷反射信号。

（3）仪器参数设置。主要涉及：要求时域信号记录时间长度达到2 L/c时刻后，可适当延续5 ms或以上，确定幅频信号分析频率范围上限≥2 000 Hz；设定桩长时，测定桩底至桩顶距离；在桩身截面积设定时，参考施工截面积；设定桩身波速时，可结合本地区、本次施工同种类型桩测出的测试值来加以设定；设定采样频率或者时间间隔时，需参考桩身、桩长以及频率分辨率等因素选择，原则上来说，要求时域信号采样点数要求≥1 024点；结合计量检定与后续校准结果来确定所选传感器的设定值，确保其合理、有效性。

（4）信号质量影响因素判定。进行信号采集、判断，确定影响各阶段信号具体质量的相关因素，主要涉及：桩头处理、激振能量大小、传感器、耦合剂、应力波传播衰减、桩周土层、桩底土层对检测信号的影响等。

（5）结果分析。在锤头锤击基桩后，形成激振信号，收集应力波在桩身中传播反射后反射到桩顶各个阶段的数据信息，结合波形图中反射波、入射波的频率、振幅、相位、波形与波的传达时间等特征，综合桩基施工记录、相关地质资料，判定桩身完整性。

3 基桩低应变检测方法的工程运用

研究基桩低应变检测方法的工程运用，可结合具体的案例，按照上述的方式来展开，并就传感器收集的检测结果进行分析，判断基桩整体质量。某生产大楼工程采用预制管桩。工程桩总数215根，检测桩数43根，设计桩长26.0～40.0 m，单桩承载力特征值2 100 kN，设计桩底持力层为强风化花岗岩，低应变法检测，目的是普查桩身结构完整性。

（1）设备选择。检测仪器采用RS-1616K(S)型基桩动测仪。检测仪器采用及现场联接见图1。

图1 基桩反射波法检测仪器设备现场联接示意图

（2）成桩情况.根据设计图纸及施工资料，该工程桩采用桩径为Ф500的预制管桩，桩身混凝土强度等级为C80。

（3）结果分析。按照以上提出的低应变检测法完成检测流程，结果如表1所示。以此来得出桩基质量结果，基桩中只有Ⅰ类桩、Ⅱ类桩，没有Ⅲ类桩、Ⅳ类桩，代表桩体整体良好，其中I类桩是质量最高的状况，Ⅱ类桩只是会有轻微反射波，其他方面正常，Ⅲ类桩、Ⅳ类桩已经有了比较明显的质量缺陷，不具备后续施工资质，还需对其加以完善或者重建，如此才能避免对工程质量产生影响。图2、图3分别为G5-50号桩（Ⅱ类）、G5-55号桩（Ⅰ类）检测结果示意图。