基桩低应变检测方法及其工程应用

基桩低应变检测方法及其工程应用

曹景波

江苏省建筑工程质量检测中心有限公司南通滨海园区分公司  江苏南通      226300

摘要：低应变反射波法是目前基桩完整性检测的一个方法，我国目前实行的有关基桩检测规范，铁路、公路、建筑等都明确规定了“低应变法”的适用范围、设备要求、现场技术要求及其数据分析和判定。低应变反射波法一般是通过桩顶激振，测量桩速度时程曲线，应用一维波动理论进行时频域分析来考察桩身质量。该方法不需要预先埋设声测管，现场进行的工作量小，数据处理快速，检测成本低，效率高。虽然低应变检测有其种种优点，但其检测过程受到现场施工环境的客观因素及施工单位主观因素制约，施工单位必须进行积极配合，才能得到一个较为准确的检测结果。

关键词：基桩低应变检测；方法；工程应用

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Z10，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。

2桩基低应变法检测的判断依据

桩基低应变法检测的判断依据主要包括以下几个方面：

(1）应变变化幅度：通过评估基桩的变形程度和荷载承载能力的应变变化幅度，工程师们可以获得关于基桩性能和变形情况的重要信息。

(2）应变变化速率：除了应变变化幅度，判断基桩的变形速率和稳定性也是非常重要的依据。通过观察基桩的应变变化速率，工程师们可以更好地了解基桩在不同时间段内的变形情况。

(3）应变变化趋势：分析基桩的长期变化趋势对于预测其未来的变形情况至关重要。工程师们可以通过研究基桩的应变变化趋势，了解基桩的长期性能和变形特征。

(4）其他因素的考量：为了更全面地评估基桩的性能，还应考虑其他因素，例如基桩的材料特性、周围土壤的性质以及地质条件等。这些因素对于判断基桩的整体性能和可靠性也是非常重要的。

3建筑工程地基基础检测当中低应变检测法的具体应用

3.1工程概况

检测项目位于广州市南沙区金岭一横路，规划建筑面积16188m2，其中地块南侧为C1#C2#住宅及部分裙楼，建设用于2栋32～33层住宅楼及1～2层商业街，地块东侧为C3#C4#住宅及部分裙楼，建设用于2栋26～27层住宅楼及1～2层商业街。

项目基础设计等级为A级，建筑桩基设计等级为A级，基础形式采用灌注桩基础，总桩数为400根，其中抗拔桩156根，桩径分为800mm、1000mm、1200mm，桩身混凝土设计强度等级为C35，水下浇筑时按相关标准提高混凝土强度等级。以工程地质勘察报告中的中风化花岗岩（3-3）为桩端持力层，岩石饱和单轴抗压强度标准值为中风化30MPa。桩端入持力层厚度1～2m,灌注桩有效桩长6～38m，且不小于6m。

3.2低应变法在建筑地基基础检测中的方法

首先，通过使用专业的传感器和测量设备，可以实时检测和记录基桩的应变变化。在数据采集过程中，需要合理选择传感器的位置和数量，以覆盖整个基桩的变形情况。数据采集的准确性和全面性对于后续的信号处理和数据分析至关重要。其次，通过采用先进的信号处理算法和技术，可以去除数据中的噪声和干扰，提取出有用的信号信息。信号处理的目标是提高数据的质量和准确性，为后续的数据分析提供可靠的基础。在信号处理过程中，需要注意选择合适的滤波器和调整相关参数，以确保数据的准确性和可靠性。最后，通过对数据的统计分析、曲线拟合和趋势预测等方法，可以获得基桩的变形特征和桩身完整性等关键信息。数据分析的结果可以用于评估基桩的稳定性和安全性，并为工程设计和施工提供科学依据和指导。

3.3现场检测

低应变反射检测前,检测人员应检查传感器、信号放大器及信号采集器等设备确保运行正常和电量充足。检测人员应尽量选择桩平面中心作为击振点。在实际检测中,针对浅部位的缺陷,应选用坚硬材质且质量较小的激振设备,由于其重量小、能量小、脉冲窄,能够较为准确地判断缺陷位置;而针对桩底或深层次的缺陷应当选用重量较大且材质偏软的材质,能量大、脉冲较宽、衰减小,能够较为全面地检测桩身缺陷,采用软质激振设备能够降低对基桩的损伤。

在低应变反射法检测时,应注意不同测试点对应的一致性,不含零漂及高频干扰。低应变检测时,检测人员应随时检查采集信号质量。根据现场信号检测情况,及时调整锤击脉冲宽度及采样频率,以便于准确测定缺陷位置。反射波法检测桩基完整性要依据不同的桩而选择不同的锤和锤垫。一般来讲,桩越长,应选择越软、越重、直径越大的锤;桩越短,应选择越硬、越轻、直径越小的锤。敲击时应使力尽量垂直于桩头,有利于抑制质点的横向振动。应防止二次敲击,避免后续波的干扰。低应变检测中经常会发现在入射脉冲首波后会有一个较大的的反相波形,成为反响过冲。造成这种现象的原因包括:传感器未安装牢固或距离激振点过近;桩头混凝土松动,遇到下面一层好的混凝土产生反射;桩身扩径所致。此外,现场一般要求获得3条重复性好的测试曲线。

3.4低应力信号采集期间传感器安装点与桩表面保持垂直

在进行低应变测试时，需要特别关注传感器的安装位置。为了获得准确的应变数据，确保传感器与桩表面保持垂直是至关重要的。

首先，确保传感器的位置选择在合适的地方。在选择安装点时，应考虑到测试的目的和要求。选择一个能够代表整个桩体的位置是至关重要的，以确保获得全面和准确的测试结果。其次，安装传感器时要确保其与桩表面的贴合度和稳定性。传感器应该紧密贴合在桩表面上，并且不应有松动或移动的情况。这样可以避免因为传感器与桩表面之间存在间隙而导致应变数据的失真。另外，还需要注意传感器的保护。在测试期间，传感器可能受到外界因素的干扰，如风、雨、灰尘等。因此，需要采取适当的措施来保护传感器，确保其正常工作并获得可靠的数据。

结论

本文对基桩低应变检测方法及其工程应用进行了研究。通过深入探讨低应变检测方法的基本原理和桩基础工程检测中存在的问题，为建筑工程地基基础检测提供了实用的方法和措施。希望本论文能够对相关领域的研究和实践产生积极的影响，推动建筑工程地基基础检测技术的发展和应用。

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