低应变法检测基桩完整性的试验及其应用

低应变法检测基桩完整性的试验及其应用

林裕

广州市华大金力工程技术检测有限公司  510520

摘要：文章主要分析了低应变试验法在基桩完整性检测中的应用。包括基桩完整性检测中的低应变试验，以及基桩完整性检测中的低应变法实际应用。希望通过本次的分析，可以为低应变试验检测法的合理应用以及建筑工程基桩完整性测试质量的提升提供一定参考。

关键词：建筑工程；基桩完整性；低应变试验检测法

前言：就目前的建筑工程建设施工而言，桩基础是最为关键的一项施工内容。只有确保桩基础的建设施工质量，使其达到工程设计标准，才可以实现建筑工程地基的有效处理，从而为后续的建筑工程建设施工及其应用提供有效的质量与安全保障。基于此，在实际的建筑工程建设施工项目中，相关单位一定要通过合理的措施来检测桩基础的完整性。就目前来看，低应变检测法是建筑工程基桩完整性检测中常用且有效的无损检测方法，通过该方法的合理应用，便可对桩基础完整性做出科学评定，以此来及时发现其中存在的质量缺陷，为后续的桩基础处理和建筑工程施工提供有力的技术支持。

一、基桩完整性检测中的低应变法试验

（一）主要原理

低应变试验检测法主要是通过低能量瞬态激振的方式在基桩弹性范围内进行低振幅振动，借助于加速度或速度传感器来接收检测中的初始信号源以及反射信号，将接收到的信号作为依据，结合波动理论，对基桩完整性做出科学判断。其中，最基本的应力波特征是基桩中的弹性波传播及其反射情况。具体检测中，因为基桩的长度较其直径大很多，所以可将其看做一个一维杆件来测量。当基桩顶端出现瞬时激振的情况下，应力波将在激发作用下沿着基桩朝下方传递，因基桩和周边土体之间具有较大的波阻差异性，所以大量的能量波将会继续在基桩内部传递[1]。而对于桩身的弹性波，检测时，可通过一维波动方程进行计算。图1为一维波动方程计算示意图：

图1-一维波动方程计算示意图

假设L为基桩长度；A为基桩横截面积；E为弹性模量；ρ为质量密度；c为弹性波速度；Z为广义波阻抗，且有。将dx单元作为对象，在x方向上建立以下的平衡方程：

  （1）

根据材料力学理论可得出以下方程：

               （2）[1]

将方程（2）代入到方程（1）中可得出以下方程：

    （3）

令，便可得出以下的一维波动方程：

（4）

（二）基本假设

    在通过低应变法进行基桩完整性检测时，通常需要做出以下假设：1）假设基桩为均匀、连续的一维介质。2）将周边土壤对基桩的影响忽略不计。3）将基桩和土体检的耦合面影响忽略不计。4）假设振源属于点振源。5）假设基桩内部的应力波为竖直传播。

（三）缺陷判断

如果基桩中的某个位置阻抗存在变化，在应力波从阻抗是Z1的介质1进入到阻抗是Z2的介质2时，会伴随着速度反射波与透射波的形成。令基桩的质量完好系数为，则其反射速度与透射速度计算公式如下：

    （5）

    （6）

其中，v1代表反射速度；F代表反射系数；v2代表透射速度；T代表透射系数。

将反射系数的正负值作为依据，可对基桩阻抗变化情况做出科学确定，若反射系数为负数，则，此时的入射波和反射波具有相同相位，基桩阻抗呈现出由大到小的变化趋势，说明基桩可能有离析、缩颈、夹泥甚至断桩等质量缺陷；如果反射系数为零，则，只有桩底部反射信号，基桩阻抗没有变化，说明基桩没有质量缺陷；如果反射系数为正数，则，此时的入射波和反射波具有相反相位，基桩阻抗呈现出由小到大的变化趋势，说明基桩可能存在扩径问题[2]。

桩身在波阻抗减小位置，如果缺陷很严重则会产生2次乃至多次反射，且反射速度信号与入射波速度信号相位一致；桩身在桩身在波阻抗增大位置，缺陷很严重时同样会产生2次乃至多次反射，但其奇次反射波速度信号与入射波速度信号相位反相，偶次反射波速度信号与入射波速度信号相位一致；当桩界面上下段波阻抗相差越大，反射系数越大且所测到的反射波也越明显，故将其作为判断桩缺陷的依据。

对于基桩的质量缺陷程度，具体检测时，可根据缺陷反射幅值来进行判断。同时应通过以下公式来确定缺陷位置：

    （7）

其中，Lx代表沿着基桩长度方向上的缺陷位置；c代表波速平均值；tx代表波的整体走时。

二、基桩完整性检测中的低应变法应用

（一）项目概况

    某高速公路桥梁基桩为嵌岩混凝土灌注桩，其设计长度是32.7m，直径是1.2m，应用的混凝土等级是C40。为保障该公路桥梁桩基的施工质量，满足其实际建设与后续应用需求，具体施工中，相关单位与工作人员特对其完整性进行了检测。以下是对其基桩完整性检测方法及其检测结果所进行的分析。

（二）检测方法

对于本次公路桥梁工程中的嵌岩灌注桩，此次完整性检测中，主要采取了两种检测方法。首先是通过低应变检测法进行基桩完整性检测，具体检测时，所有的检测措施与计算标准均按上述方法实施。对于发现缺陷的基桩，再通过钻芯检测法进行完整性检测，根据混凝土灌注桩的直径，本次检测中，在每一根检测基桩上钻两个孔，其开孔位置与基桩中心相距0.15D~0.25D。

（三）检测结果

经低应变检测之后发现，距离桩顶部8m的位置具有明显的质量缺陷，桩身介质的波阻抗明显低于桩底介质的波阻抗，呈现与入射波速度信号相反的反射波，且反射波并不明显。图2是本次公路桥梁工程基桩低应变检测的基桩时域曲线图：

图2-本次公路桥梁工程基桩低应变检测的基桩时域曲线图

    为进一步确认该基桩的缺陷情况，对该基桩实施了钻芯取样检测。经钻取的芯样观察分析发现，在钻孔深度为4.44-4.50m的位置，该基桩芯样存在夹泥缺陷，而在钻孔深度为31.18-31.36m的位置，该基桩芯样存在表面夹泥缺陷。除了这两处缺陷之外，其他各部分的混凝土芯样都具有较好的完整性，其芯样呈现出长短柱状，骨料分布十分均匀，具有良好的完整性、连续性和胶结紧密性，且断口吻合效果也十分良好。经抗压强度检测可知，该基桩中的混凝土抗压强度是38.3MPa，较设计要求（40MPa及以上）低。结合之前的低压应变检测结果，最终将本次工程的基桩评为IV类基桩，且判定其与本次公路桥梁工程桩基础设计要求不符。

结束语：

    综上所述，在建筑工程基桩的完整性检测中，低应变检测技术是一项有效的无损检测技术。基于此，具体检测时，相关单位可通过该技术来合理检测建筑基桩的完整性，判断其是否存在质量缺陷。对于发现缺陷的基桩，可采取钻芯取样或者浅部缺陷人工开挖验证的方法实施进一步检测，以便及时确定其缺陷情况，并及时做出合理整改。这样才可以有效确保建筑工程桩基础的施工质量，满足现代建筑工程的实际建设及其应用需求，并为其整体的施工质量与安全提供良好保障，以此来促进现代建筑工程行业的良好发展。

参考文献：

[1]钟于良.低应变检测在桩基检测中的应用分析[J].中国新技术新产品,2023(15):124-126.

[2]杨长辉.桩基检测中低应变反射法与钻孔取芯法运用研究[J].中国建筑金属结构,2022(09):58-60.

[3]陈伟文.低应变反射波法在桩基检测中的运用及模拟分析[J].江西建材,2022(06):81-82.

[1]这里就是两条公式的，千万不能合并