低应变法在模型桩（尼龙棒）中的应用

低应变法在模型桩（尼龙棒）中的应用

方旭

无锡同济工程质量检测有限公司江苏无锡214031

摘要：通过低应变法在模型桩（尼龙棒）中的应用，介绍低应变法一维线弹性杆的基本原理，并结合实测模型桩（尼龙棒）的曲线分析，进一步证实低应变法在实际工程检测应用中的重要性，为真实、准确、可靠的反映桩基工程质量提供有力依据。

关键词：低应变法，模型桩（尼龙棒），桩身完整性，工程应用。

1引言

随着城市化步伐加快，各行业人才涌入城市工作与生活，伴随而来的居住问题渐渐显现，而城市土地资源有限，高楼林立成为城市独特风景线。鉴于苏南地区的地质情况和高层建筑的普及程度，桩基工程应用的非常普通，且体量越来越大，因而桩基工程的质量问题尤为重要，影响整栋建筑物的安全性，且桩基工程属于”隐蔽工程”，一旦发生质量问题将无法修复，会危及生命和财产安全，所以桩基工程检测技术成为了工程建设领域中的一个重要环节，而低应变法就是其中的一项重要检测技术。低应变法原理可靠、操作简便，具有桩基工程普查的功能，为真实、准确、可靠的反映桩基工程质量提供了有力证据。

2低应变法的基本概念和适用范围

（1）低应变法基本概念

采用低能量瞬态或稳态方式在桩顶部激振，实测桩顶部的速度时程曲线，通过波动理论的时域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法称为低应变法。

（2）低应变法适用范围

低应变法适用于检测混凝土桩的桩身缺陷程度及其位置，判定桩身完整性类别。不适用于薄壁钢管桩、大直径现浇薄壁混凝土管桩和H型钢桩。

3低应变法的检测依据

现行有效的低应变法检测依据为《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）

4低应变法基本原理

（1）低应变法的理论依据建立在一维线弹性杆件模型基础上，通过一维波动理论分析来判定桩身完整性，因此受检对象必需要满足以下几个必要条件：

桩身横截面宜基本规则；

桩身材料介质均匀且连续；

应力波在桩身中传播时平截面假设成立；

瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比不宜小于10。

由一维波动理论可知，桩身阻抗与桩身横向截面积、材料密度和弹性模量有关，其基本公式如下：

Z=EA/c=ρcA

公式中各项参数含义：

Z—桩的广义波阻抗（N.s/m）；

A—桩的横向截面积（m2）；

c—桩的声波波速（m/s）；

E—桩的弹性模量（N/m2）；

（2）低应变法用于放在空气中的自由杆件时，不需要考虑桩周的相应约束

VT=VI[2A1/（A1+A2）]

VR=-VI[（A2-A1）/（A1+A2）]

当桩身截面基本均匀，截面没有发生变化时：A1=A2，Z1=Z2，此时VT=VI、VR=0；桩身不产生反射波，入射波以不变的速度和方向向下传播。

当入射波向下传播遇到截面变化时，A1>A2或A1<A2，此时将产生反射波和透射波；当反射波与入射波信号极性一致，则说明桩身存在截面减小，反之截面增大。

5模型桩（尼龙棒）的特点

尼龙棒具有高韧性、耐磨力强、耐油、抗震、抗拉伸、弯曲性能好、吸水性小、尺寸稳定性好等特点，通常被用来加工各种耐磨的高强度零件。

因尼龙棒的加工过程可以控制，其棒身截面尺寸规则，且材料介质均匀，与低应变法一维线弹性杆件原理的几个必要条件基本吻合，故尼龙棒可以运用于低应变法的基础理论教学中。通过实测已知棒身性状的尼龙棒的速度时程曲线，结合曲线分析，可以对尼龙棒的桩身完整性作出定性的判定。从而更好的将低应变法的基本原理应用到工程实践中去。

6桩身完整性和桩身缺陷的概念

（1）桩身完整性

反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标。

（2）桩身缺陷

在一定程度上使桩身完整性恶化，引起桩身结构强度和耐久性降低，出现桩身断裂、裂缝、缩颈、夹泥（杂物）、空洞、蜂窝、松散等不良现象的统称。

7模型桩（尼龙棒）实测案例

（1）概况：尼龙棒，长度5m、桩径90mm（2）使用的仪器：桩基动态检测仪、加速度传感器、小铜锤、黄油、橡皮泥。

（3）模型桩（尼龙棒）模型图

（5）实测结果分析

对实测速度时程曲线进行指数放大、滤波和处理分析，结合已知模型桩（尼龙棒）性状的结果，从实测曲线特征来看，桩底反射明显，缺陷部位反射波位置准确，桩身波速接近。低应变法能够真实、准确反映模型桩（尼龙棒）的完整性情况，说明低应变法波动理论在模型桩（尼龙棒）中运用具有可操作性，可以将低应变法应用到实际桩基工程中。

8结束语

虽然低应变法应用到桩基工程检测中的时间不是很长，但因其简单、便捷且操作性强，具有普查的功能，在桩基工程桩身完整性检测方面应用的十分广泛。因此正确理解波动理论，合理运用低应变法十分的重要。

因低应变法判定桩身完整性的理论存在一定的不足，且桩身缺陷的种类繁多，桩基工程为隐蔽工程，地质条件复杂，仅依据低应变法来判定桩身完整性和缺陷程度和位置不是太全面，需要不断提升检测技术，总结实践经验、结合施工工艺来综合判定。

目前桩基工程中应用的低应变法主要注重实践经验和工程类比来定性判定桩身缺陷位置和程度，如何定量判定桩身缺陷还需要理论的进步和实践经验不断的总结。

参考文献：

[1]JGJ106-2014，建筑基桩检测技术规范，中华人民共和国住房和城乡建设部，2014

[2]DGJ32/TJ142-2012，建筑地基基础检测规程，江苏省住房和城乡建设厅，2012

[3]吴庆曾，基桩声测与动测技术，北京：中国电力出版社，2009

[4]罗骐先，桩基工程检测手册，北京：人民交通出版社，2004