浅析低应变法检测几个问题

浅析低应变法检测几个问题

史玲芳

江苏省丹阳市建设工程质量检测中心江苏丹阳212300

摘要：低应变反射波法是目前国内外使用最广泛的一种基桩无损检测方法，由于其检测便捷、效率高已广泛采用，在低应变检测中，我们需严格按低应变检测要求，结合地质条件、成桩工艺、设计桩型综合对桩身完整性分析、判定，不放过任何桩身缺陷。最后还需协助施工单位一起找出造成缺陷的原因，督促其改进施工技术工艺，防止同类型缺陷反复发生，以确保桩基工程的施工质量。基于此，本文就针对低应变法检测几个问题进行具体分析。

关键词：低应变法；检测；问题分析

1基本原理

在常规的低应变法检测理论分析中，为将复杂的三维弹性波问题简化至一维，并使分析模型适用于混凝土材料，通常进行如下假定：（1）桩身混凝土为连续、均匀、各向同性的完全弹性材料，即为满足虎克定律的理想弹性体。（2）弹性介质在施加瞬态应力后产生弹性变形，其在介质中以波的形式传播，即所谓的弹性应力波。（3）在分析中忽略波传输过程中的材料阻尼效应。（4）对于横向尺寸远小于纵向尺寸的一维弹性杆，忽略波在横向截面上的二维传播，认为波仅在沿杆轴线方向进行一维传播。（5）波在传输过程中，桩的横截面始终为平面，且截面上的应力均匀分布。基于以上假定，问题描述如下：将桩身沿轴线方向简化为一维弹性杆模型，用跟桩身混凝土强相关和地层特性弱相关的波阻抗来描述桩身截面变化；然后，将弹性波在三维方向的传播简化为一维（沿桩轴线方向），通过在桩顶激励，产生物质波，该波在桩身内传播，遇到阻抗变化截面则会发生反射；最后，由安装在桩顶的传感器（速度型或加速度型）接收带有不同波阻抗信息的物质波，从而判断桩身缺陷或桩底的位置。低应变法检测主要涉及到3个参数：桩长、桩身平均弹性波速、弹性波在桩身中的反射双程时间。以下针对影响低应变法检测精确度的各种因素进行讨论，并提出控制方法。

2CFG桩检测的注意点

2.1力锤的选择

目前，基桩低应变法检测的激振设备普遍使用的是力锤、力棒，力棒主要是用于大直径长桩。而力锤的选择要根据CFG桩的设计强度进行。当CFG桩的设计强度较低时，宜选择能产生高频窄脉冲的铝合金锤、铁锤结合部的橡胶垫层进行检测。否则，整个钟型脉冲过宽，难以识别浅部甚至中部的缺陷。而如果CFG的设计强度足够高，达到15MPa以上时，其弹性模量基本接近混凝土桩，采用常规的尼龙锤效果良好。

2.2检测时间的选择

对钢混凝土桩，《建筑基桩检测技术规范》中规定15MPa以上可进行检测，而对CFG桩，如果设计强度通常低于C15，即使设计为C15，也是要28d龄期才能达到，这往往与工期要求是矛盾的。通过上面的分析，我们认为，只要CFG桩的弹性模量与桩周土有较明显的差别就可以尝试检测。所以，检测时间就要根据强度、气候状况、桩周土情况进行估算。如果现场检测曲线杂乱，重复性差、不能分辨缺陷及桩底，则需要过一段时间再次检测。通过一些桩的实测数据的总结，在南方地区可按表1估计检测时间。

3低应变检测案例分析

当桩身完整时，仅存在唯一的反射界面，即桩底反射面，在条件较好的情况下，可以得到明显的桩底反射波（其理论曲线如图1、图2所示）。

图2完整桩的频域曲线

根据反射波相位与桩身阻抗的关系式子VR=（Z1-Z2）*V1/（Z1+Z2），作为时域判断的依据，当出现缩颈、离析、断桩、嵌固不良情况下时，也就是说Z1>Z2（阻抗减小）时，VR（反射波）与VI（入射波）同号（同相位），反之，扩径、嵌固良好等就是反相位。对于嵌岩型的灌注桩：也可利用桩底反射波的速度符号是否与入射波的符号的一致来定性的判断桩底打入持力层的坚硬程度与深度。当桩身阻抗大于桩底持力层土层的阻抗时，反射波与入射波符号同向（如图3所示）；反之，若桩底岩土波阻抗大于桩身波阻抗时，桩底的反射波与入射波符号反向（如图4所示）。

图3反射波与人射波符号同向

图4反射波与人射波符号反向

工程桩中较接近一维波动理论的情况是，当桩身全部坐落在同一土层或波阻抗基本相似的不同土层时，则可直接根据检测曲线异常来判定基桩的缺陷；（2）当桩身周土的波阻抗差异较大，相邻土层界面处的波阻抗就可能干扰到基桩本身采集的信号，这种情况下的异常曲线就有多种可能的解释，即可能是由于基桩本身的缺陷所致，也可能是由于基桩周围的土层变化所致。所以对波形曲线的异常分析要借助工程地勘资料，了解桩周的土层分布，结合相似场地、桩型的检测曲线来综合分析比较；（3）对于摩擦型基桩，当桩周及桩底为普通填土层、载土层、沙层等，由于桩身为混凝土其波阻抗要大于桩周及桩底的波阻抗，波阻抗差异明显，桩底的反射型号也较为明显；（4）对于嵌岩型基桩，当桩底持力层为与混凝土波阻抗差异较小或接近的岩层（如在砂岩、石灰岩、变质岩等）时，当桩底嵌固良好时，桩底反射不明显，而当桩底持力层为与混凝土波阻抗差异较大岩层（如较硬的花岗岩、玄武岩等）时，桩底反射较明显。

通过基桩的某一截面的人射波和反射波的相位来推断其阻抗的变化，从而判断其截面是否存在缺陷，而对于存在严重缺陷的桩，通过实测时域波形曲线能发现某一部位有强烈的反射波，并且之后伴有几次反射，此时桩底反射信号较难识别。当桩身材料不均匀或某截面形状沿深度变化明显的桩，当有缺陷时，时域波形和频域波形曲线就比较复杂。

低应变对工程桩进行质量类型的判定有一定的局限性，所以要结合基础及上部结构综合考虑对桩身强度，桩的承载力及抗压沉降的要求，分析由于桩身缺陷影响结构安全的可能，不宜单凭采集的测试信号来定论，有条件时甚至要及时与委托单位联系使用多种检测方法进行综合判断。

4经验建议

通过以上实例，我们发现低应变法检测基桩完整性发现问题要谨慎分析：y一般认为混凝土标高越高，波速越高，甚至把混凝土标号与波速挂钩，这几年逐步淡化这种认识，标号与波速存在一些关系，但不能死套，特别是初学者，不要进入模式化，要具体问题具体分析。

当桩体出现异常时要分析原因，由于低应变法本身所限，不能轻易给出结论，应配合其他方法进行验证，当桩头出现异常时，应首先排查人为因素，是否为操作不当造成的假象，其次桩头测试位置是否符合要求，桩体浅部位置可以采用开挖方式，桩体深部可以采用钻芯法，长桩可采用超声透射。

要明确低应变法的几种典型曲线，在实际测试中加以运用。特别要注意桩身渐扩后恢复的反射及扩径突变处的一次二次反射。

结束语

基桩桩身完整性的低应变法检测作为一种常规检测手段应用广泛。在检测过程中，受现场条件所限，其精度往往受到多种因素的影响，如桩身混凝土的本构关系非线性、桩身非单一缺陷以及传感器安装谐振等。本文针对这些影响因素，给出了低应变法检测精度控制的一些方法和注意事项，低应变法检测在数据采集和成果分析过程中有必要进行精度控制。

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