低应变检测技术在桥梁桩基检测中的应用

低应变检测技术在桥梁桩基检测中的应用

黄淮

江门市交通运输工程质量监督站广东江门529000

【摘要】桥梁桩基的质量影响着整个桥梁的稳固性和持久性，而低应变检测技术是目前应用在桩身质量检测过程中最常见且又实用的办法。本文介绍了低应变检测技术的原理，通过结合工程实例，对其检测的结果进行了判断分析，结果证明了检测结果符合规范要求，并总结了对低应变法检测产生影响的因素。

【关键词】灌注桩；检测；设备；因素；运用

引言

在公路修建过程中，桥梁扮演着极为重要的角色。然而，桩基作为桥梁工程的重要组成部分，其稳定性不仅直接关系到桥梁安全运营，也关系到施工人员的生命安全以及企业的发展和社会稳定。因此，做好桩基检测工作就显得十分重要。而低应变反射法的应用，不仅可以提高桥路工程桩基检测效率，还可以保证检测数据的真实性和准确性。在此，本文主要探讨低应变检测技术在实际检测中的相关问题。

1低应变检测技术的原理

钻孔灌注桩的桩身长度往往比桩身直径大多倍，因此根据一维弹性波理论，可以将桩基视为一维弹性杆件，并且不考虑桩周围土体对沿桩身传播应力波的影响。当桩顶施加一瞬态锤击振力，由于桩与周围土之间的波阻抗差异悬殊，应力波大部分能量将在桩内传播。而在传播过程中遇到桩基截面发生变化，波将在阻抗变化的界面（如断裂、裂缝、缩径、扩径、夹泥等）产生反射。在波的传播过程中，有一部分过界面继续沿着杆往下传播（称为透射波），而另一部分则从阻抗的界面上反射回来（称为反射波）。桩身的缺陷、桩底均可以根据反射波的相位、振幅、频率等特性，辅以地质资料、施工记录以及实践经验，对其性质进行综合判定。

2检测仪器设备

低应变动测仪设备主要包括三大部分：激振设备、信号采集设备和信号采集分析仪（如图1所示）。激振设备一般为力棒，其作用是锤击桩头产生弹性波。信号采集设备包括传感器、放大器等，其中对于工程检测来说，选择性能良好的传感器有利于获得正确的信息。信号采集分析仪用于检测工作中信号的放大、滤波、分析和输出。

本工程所用检测仪器为FDP204PDA型桩基动测仪，该检测系统包括信号采集及处理仪、传感器、激励设备和专用附件。具体性能指标如表1所示：

3现场测试注意问题

低应变法中击振能量较低，桩体不发生位移趋势。而对于较长的桩基，由于击振能量较低，同时受到周围土的摩阻力等外界因素影响而降低，导致桩底反射波不明显。因此对于不同低应变检测仪器有不同桩长条件的限制，一般条件下适用于桩长小于30倍桩径的钻孔灌注桩。对于较大直径或较长的桩，宜采用声波透射法和钻探取芯法来进行检测，建议不采用低应变检测，以免检测结果不理想。

桩头部分浮浆对波的传递影响很大，因此在现场测试之前，需要对桩头表面混凝土进行处理。必须凿掉桩头浮浆混凝土，用打磨机将测点和激励点磨平，以便加速传感器和激励设备能直接作用在新鲜混凝土上。传感器安装在桩头表面时尽量与表面垂直，耦合剂粘结一般采用黄油、橡皮泥等。

传感器布设要求：传感器安装点应尽量远离钢筋笼主筋，一般应大于50mm；传感器安装点应在距离桩中心2/3半径处并且均匀布置。桩径小于1000mm时至少布置2个测点；桩径大于1000mm时至少布置4个测点。激励设备采用检测仪器配套的力棒，在测试时，保证力棒自由落下，同时敲击方向与桩顶面垂直。击振点应在桩顶中心位置，同时保证力棒在撞击桩面后应抓住落锤，防止二次冲击，产生干扰波。

4检测结果判断

⑴桩身波速确定。在计算机上用生产厂家提供的软件对采集到信号进行波形分析。首先需要找到桩底反射信号，当桩底反射较弱或不明显时，可采用指数放大，使尾部信号增强，确保在同一屏幕中桩底反射清晰可见，有时数字滤波后再结合指数放大效果更明显。然后计算混凝土的波速。在桩长已知，反射信号明确情况下，可以计算波速：。对于同一工程中的钻孔灌注桩，波速的变化不会太大。

⑵桩身缺陷位置确定。桩身缺陷位置确定可以通过公式求得。

⑶桩身完整性判定。根据反射波的特征，可以把桩身质量分为四类：Ⅰ类桩－桩身结构完整；Ⅱ类桩－桩身结构轻微缺陷；Ⅲ类桩－桩身结构明显缺陷；Ⅳ类桩－桩身结构严重缺陷。具体判定如表2所示。

5应用案例

5.1工程概况

某立交桥工程K0+194小桥，共计18根桩（桩基平面布置如图2所示），该桥桩基为摩擦桩，成桩工艺为旋挖机钻孔灌注桩。受业主委托要求，本次共检测9根桩（其中0－2、0－4、0－6、2－2、2－4、2－6桩长为15.0m，桩径为1.2m；1－2、1－4、1－6桩长为13.0m，桩径为1.2m）。该桥地质情况如下：第一层为淤泥质粉质粘土，主要有碎石、砂土、粘性土、风化岩石碎屑组成，本层层厚为4.0m。第二层：全风化泥质砂岩，灰白色，风化强烈，多成土夹砂状，胶结弱，层厚为2.8m。第三层：强风化砂岩，褐色，风化强烈，岩芯成碎块状、短柱状锤击易碎，层厚3.9m。第四层：中风化砂岩，灰绿色，岩芯取芯柱状，短柱状，质地偏软，层厚至桩底。

5.2基桩低应变检测结果

低应变检测结果主要包括波速分析、桩身缺陷位置判定以及桩身完整性确定。通过对9根桩检测，本次分析选取3根典型低应变反射波波形来分析，如图3所示。

通过对检测结果的判定以及计算，图3给出典型低应变反射波波形以及计算结果。图（a）为桩号0－2波形图，该桩桩长15.0m，桩径1.2m，在距桩顶0.8m有缺陷，2.4m处有扩颈，4.8m处有缺陷，桩底反射明显，波速为3341m/s，桩身完整性判定为Ⅱ类桩。图（b）为桩号0－6波形图，该桩桩长15.0m，桩径1.2m，在距桩顶1.0m处有轻微扩颈，桩底反射明显，波速为3412m/s，桩身完整性判定为Ⅰ类桩。图（c）为桩号2－6波形图，该桩桩长15.0m，桩径1.2m，在距桩顶1.6m处有扩颈，桩底反射明显，波速为3452m/s，桩身完整性判定为Ⅰ类桩。

表3给出本次所有桩基检测结果。

根据大量地区性现场测试资料得出的波速与混凝土质量的关系，如表4所示。

在本次测量中，混凝土波速集中在3300～3600之间，通过表4可以判定，混凝土的质量为中等以及好。实际上，桩身混凝土强度远非通过与波速之间关系可以得到的，影响混凝土的强度因素很多，所以在实际工程中，混凝土强度与波速的关系只是作为参考用。

本次基桩低应变依据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106－2003及《公路工程基桩动测技术规范》JTG/TF81－01－2004的标准进行评定。通过对以上9根桩桩身完整性判定，0－2、1－2、2－2三根桩属于Ⅱ类桩，其他属于Ⅰ类，检测结果符合规范要求。

6影响因素分析

笔者通过多次实践分析发现，在低应变法检测桩基完整性时，其检测结果受到许多因素影响，总结出来主要有以下几个因素：

⑴桩头是否经过处理的影响。为了保证检测数据可靠性，在检测之前对于桩头的处理十分重要。桩基浮浆没有处理干净，传感器无论安装在什么位置，采用何种激励方式，检测结果信号都不会很好。所以基桩桩头要处理干净、平整，有利于传感器的安装以及锤击。

⑵传感器安装好坏的影响。传感器安装的好坏对于信号采集的影响非常大。理论上，传感器与桩基连接较好，信号传递到传感器时就越好，测试到的曲线也就越接近实际波形的传递情况。所以在测试时，采用与桩头表面耦合很好的材料。

⑶敲击点及敲击方式的影响。现场信号的采集手敲击信号强弱的影响很大，桩基的敲击点应选择在桩中心。同时应重复几次测试，以保证采集到的几次敲击信号基本一致，再进行存储，以保证桩基检测质量。

在现场采用低应变反射波法检测桩基时，当遇到波形非常复杂，桩身质量无法判断时，应结合其他方法进行检测。

7结语

综上所述，桩基检测是桥梁工程必不可少的环节，在当今社会中占有越来越重要的地位。低应变反射波法具有快速、高效、准确等优点，能够很好的满足桥梁桩基完整性检测的要求，是桩基完整性检测首选的方法，实践证明了该法是可行、可靠的，可值得进一步推广。而就目前来说，因为各类因素的存在，低应变检测技术的应用还存在着不少的问题，但随着检测经验的积累、理论的完善，检测仪器的改进，反射波法在桥梁桩基检测中必将发挥出更大的作用，取得更好的社会与经济效益。

参考文献：

[1]王青.桥梁桩基检测技术探讨[J].工程建设与管理.2011

[2]王彦，姚锐奕.浅谈低应变检测技术在桥梁桩基检测中的应用[J].中华民居旬刊.2014

[3]沈曹林.低应变检测技术在桥梁桩基检测中的应用[J].住宅与房地产.2016