关于低应变法检测桩身完整性的体会

摘 要：低应变法是基桩桩身完整性检测最常用的方法之一。文章论述了低应变法的基本原理、检测注意事项及检测数据的采集与分析判定。

关键词：桩身完整性 低应变法 波速 桩身缺陷 时域信号

桩基属于隐蔽工程，为保证其安全可靠，质量检测是十分必要的。桩身完整性检测技术，通过几十年的发展，其检测方法取得了很大进步，由原来的单一性向现在的多样性转变。目前，用于桩身质量完整性检测的方法主要有低应变法，高应变法，声波透射法，钻芯法。低应变法是基桩完整性检测最常用的方法之一。低应变法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置，它属于快速普查桩身质量的一种半直接方法。由于其具有设备轻便灵巧、野外数据采集快速方便、测试资料分析简单明了、测试费用低廉和检测覆盖面广等突出优点，它已成为基桩完整性检测中应用最为广泛的方法之一。经过多年的研究和应用，在工程界中已得到广泛应用并已纳入国家规范，成为保障桩基工程质量的有力手段。

一、 基本原理

低应变法源于应力波理论，基本原理是：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面(如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷)和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的到时、幅值和波形特征，就能判断桩身完整性。

当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速值计算出其平均值。

桩身缺陷位置应按下列公式计算：

x=1/2000•••Δtx•c

x=1/2•c/Δf’

式中x—桩身缺陷至传感器安装点的距离(m);

Δtx—速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差(ms);

c—受检桩的桩身波速(m/s)，无法确定时用cm值替代;

Δf’—幅频信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差(HZ);

二、检测注意事项

低应变法在实际应用中虽然有诸多优越性，但也有不足的地方，如：缺陷尺寸无法定量确定、无法确切说明桩身中的缺陷是离析、空洞、二次浇灌面、夹泥、缩径等中的何种缺陷等。因而有许多问题应引起检测人员的注意和重视，否则将对基桩完整性检测的效果产生较大的影响。

1、测试时间

混凝土灌注桩的强度是随其龄期增加而增大。当混凝土强度和弹性模量都达到一定值时，手锤敲击桩头才可能产生应力波，并在桩中传播，如果桩体的弹性模量太小，即使增加锤击能量也难于得到桩底反射信号。所以对于混凝土灌注桩测试，一般应选在桩身达到龄期后进行。

2、桩头处理

在现场信号采集工作中，桩头处理的好坏是测试是否能够有效的重要因素，也是测试前需要准备的关键性步骤。桩头应为达到设计标高的有效桩头，必须凿去表面浮浆，暴露出坚硬部分含骨料的混凝土为止，且桩头不能破碎、含水，不能有杂物，并用角向磨光机打磨若干个平整光洁的面，以便安装传感器和有良好的锤击平面。安装点设置在桩心2/3～3/4半径处对称4个方向点，而锤击点为截面中心点。

3、传感器的选择与安装

测振传感器是基桩低应变检测中最基本的重要测试元件之一，它将机械振动参量换成电信号，其性能参数好坏直接影响到转换电信号的数据是否真实地反映桩本身的反射信息。通常选用的内装式加速度传感器(ICP)，该传感器无电荷放大器约束，频响更宽，对联线要求低，更适合于野外工作需要。

通常传感器安装在离桩形心2/3～3/4的桩面平整坚实处比较合适。传感器安装须离锤点一定距离，否则测得的曲线常会出现过大的负面反冲，会掩盖一些桩身浅部缺陷且对后面的波形产生一定的干扰，给正确分析带来困难。传感器的安装对现场信号采集工作影响较大，理论上传感器越轻，越贴紧桩面，与桩面之间接触刚度越大，信号传递特性越好，采集到的信号也越接近桩面的质点振动。此外，传感器的安装应与桩顶面垂直，用耦合剂粘结时，应具有足够的粘结强度。常用的耦合剂有黄油、凡士林、橡皮泥等，传感器安装好后可以进行测试。

4、激振锤与锤击点

低应变法的振源主要由手锤敲击桩面而产生。锤击产生的应力波的差异，对测试信号的质量有极大的影响。锤击脉冲过宽，会掩盖桩身浅部问题;锤击脉冲过窄，会出现应力波弥散。锤击能量过小，就很难将整个桩激振，特别对一些大、长桩，就很难看出桩底反射。锤击时，应尽量保证锤击方向与桩面垂直，以减少水平分量对波形产生的干扰。因而必须依据不同材质、不同质量的锤体和不同厚度的锤垫及不同敲击方式，给桩面以合适的激励，才能采到质量较好的信号。另外，敲击质量的高低将直接影响到测试结果的优劣，要由经验丰富的熟练工人来操作。敲击时锤要落到实处，干脆利索，锤击方向与桩顶平面垂直，避免二次冲击，达到产生瞬间激发点源。

5、信号采集

现场信号采集首先要进行仪器参数设置，信号采集较好的波形应该具有以下特征：①多次锤击的波形重复性好;②波形真实反映桩的实际情况，完好桩桩底反射明显;③波形光滑，不应含毛刺或振荡波形;④波形最终回归基线。

不同检测点及多次实测时域信号一致性较差时，应分析原因并在检测现场及时研究，排除影响测试的不良因素后复测。当随机干扰较大时，可采用信号增强方式，进行多次重复激振与接收。

6、场地条件

桩周土对低应变低应变法检测采集波形曲线也具有较大影响，一般而言，当桩周土软土层变到硬土层时，采集的波形曲线就会在相应位置处产生类似扩径的反射波;而当在周土由硬土层变到软土层时，采集到的波形曲线就会在相应位置产生类似缩颈的反射波。因此，每个检测工地均应进行激振方式和接收条件的选择试验，确定最佳激振方式和接收条件。因为不同工区桩的类型、桩径大小、桩头混凝土质量、土层地质情况等条件差异较大，检测时，对激振和接收的最佳条件选择只能通过现场试验对比来确定。

7、检测信号处理

对桩底反射信号不明显的情况，结合原始波形，适当地对波形进行指数放大，可以确保在桩头信号不被削波的情况下使桩底信号得以清晰地显现出来。为使波形更容易分析判断，经常在波形分析处理时采用到波形的滤波。实际工作中，多采用低通滤波，而低通滤波频率上限的选择尤为重要，因而须注意选择适当的参数。

三、结语

现场测试与分析可知，低应变法在对桩的完整性进行检测时结论较为准确有效，可以满足工程实践的需要。但是利用低应变法检测基桩完整性时，其正确结论的得出取决于各方面因素的共同作用，因而对于桩基这类隐蔽性工程的检测，尚有许多问题应得到检测人员的重视。在实际的工程测试工作中，应针对测试方法的特点，结合工程实际，综合参考设计、监理及施工资料对所检桩进行认真仔细的分析，以及时发现缺陷，分析缺陷产生的原因，并提出适宜的解决方案，对施工进行指导以避免在后续施工工作中产生类似缺陷，保证工程质量。

上述的一些观点，是我吸取其他同行的一些经验以及自己在基桩检测实践中的一些体会，不足之处恳请同行批评指正。

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