低应变检测基桩完整性和缺陷桩处理

低应变检测基桩完整性和缺陷桩处理

李里

广西水电科学研究院有限公司广西壮族自治区南宁530021

摘要：桩基由于其可靠的承载和抗震性能而被广泛使用，但属于地下隐蔽工程，容易受到施工或自然因素的影响造成缩颈、扩径、离析、断桩等缺陷。在役的既有结构基桩也会受到碰撞、台风、地震等不可抗力的作用形成缺陷，给工程项目带来严重的安全隐患，因此对既有结构基桩的检测加固是亟待解决的问题。

关键词：低应变检测；基桩完整性；缺陷桩处理

引言

土木工程建设是我国的经济支柱产业，其最终结果是形成固定资产。高层房屋、桥梁、公路、铁路等既为人民的生活提供了便利和服务，提供就业岗位，更是国民经济能够快速发展的不可或缺的原因。基础工程是建设工程的重要组成部分，万丈高楼平地起，基础工程是容不得出现一丝问题的。随着现代建设事业的发展，基础的形式和种类繁多，而桩基础作为现在最为广泛的形式之一，由于其承载力可靠，沉降量小，能适应于复杂的结构、地质和荷载条件，有利于结构抗震，被广泛的使用在大桥、房屋结构、港口等。

1、低应变检测的优越性

在动力检测方法大量使用以前，工程中一般采用静载试验的方法对基桩进行检测。与静载试验相比低应变检具备有比较明显的优势，主要表现在以下几个方面：低应变检测仪器设备简便，速度快和费用也相对较低。静载试验，设备笨重主要为千斤顶、钢梁和一定数量的配重，检测时间长进度约为天根，需要投入大量的人力物力，费用较高。动测仪器如今已相当集成化，主要为一台主机外加传感器和数据传输线便于携带，低应变检测速度可达每天数十根甚至上百根。低应变检测具有静载试验不具备的一些功能。静载试验主要是检测桩的承载力，低应变的检测结果能对静载试验的分析起到补充和验证作用。特别是当桩出现破坏时，主要有两方面的原因，桩周土破坏和桩身结构破坏，但是仅通过静载试桩的一曲线往往不容易确定到底是那一种原因造成的。而低应变却能检测桩身缺陷及其位置，这样再结合静载检测结果，可以对工程桩的质量进行全面的掌握。低应变检测可对工程桩进行普查〔静载试验周期长费用高，所以检测数量很有限，一般只为总桩数的。而低应变设备轻便速度快适于大面积检测。另一方面静载检测数量有限，检测点的选取很关键。虽然规范提出了一些抽样的原则，实际检测时人为因素的影响仍然很大。例如，场地狭小、施工进度快、交叉施工、现场管理不规范等，都使试验桩的选取带有很大的随意性。试验桩的代表性往往无法确定，由于检测数量有限，这种情况就显得更加突出。低应变法虽也是抽检但比例较大，而且发现问题后可以及时扩大检测范围，甚至对全部工程桩进行质量检查，这种检测的灵活性是静载试验所不具备。

2、纵波法基桩动测原理

图1纵波法单桩检测

纵波法桩基无损检测时，主要过程如图1所示，在桩顶施加瞬时竖向激振力后，激振能量将会主要以纵波的形式向下传播，遇到桩身截面阻抗不一致（如缺陷、桩底等）的情况时，可以通过布置在桩顶的加速度传感计记录纵波的反射信号，然后通过处理装置来进行分析和判断，从而确定基桩完整性情况（如完整、扩颈类、缩颈类或断裂等），并可以根据反射波峰（谷）时刻差值进行缺陷埋深的判定。桩身的纵波波阻抗与前面所述的一维杆件波阻抗是不同的，实际工程中的桩主要是因为桩身材质或者是截面发生了变化引起应力波的反射。

3、应力波能量的损失和衰减

3.1、折射与反射的损失

低应变检测时，桩顶部分声场复杂，应力波可简化为半球面波，远离桩顶后可近似为平面波。入射波在桩顶附近将产生折射，应力波将由桩身扩散到桩周土层中，也就产生应力波能量的折射损失。一般情况下可以认为，折射损失主要发生在桩头附近。在桩身阻抗发生变化时，会发生应力波的反射和透射。发生反射时，沿桩身向下传播的能量要损失一部分，损失的大小，取决于桩身阻抗的变化大小，主要和缺陷的性质和尺寸大小有关。在关于应力波散射的讨论中，可以知道，散射过程中同样伴随着能量的损失。反射波法低应变检测，主要是对接收到的反射波进行分析，来判断桩身质量情况，当反射波很弱时，将影响判断的结果。可见要同时判断两个或两个以上的桩身缺陷是很困难的，因为位置靠上的第一个缺陷会将一部分能量反射回去。除非当第一个缺陷十分轻微，反射的能量较少时，才有能量足够的波到达位置靠下的缺陷。

3.2、应力波的衰减波

在介质中传播时，质点振动的幅度会随距离的增加而减小，这种现象称为波的衰减。在理想弹性体中假定应力与应变的关系完全服从虎克定律，与时间无关或者说是与应变的速率无关。但是真实固体材料的力学响应并不完全如此，材料具有粘性的性质。由于桩身材料的粘性，应力波传播过程中，波的一部分能量会被吸收，应力波幅值随传播距离而衰减，而波在颗粒结构上发生的散射也会产生能量的衰减。前者称为吸收衰减，后者称为散射衰减。另外，还要根据桩身缺陷的特点来变换激振方式，使入射波的频率成分与桩身缺陷相适应，刁一能保证检测结果的准确性。当检测桩身深层缺陷时，脉冲力持续时间要长些，低频分量多频率低衰减慢，这样刁`有较多能量的波到达较深位置，才能得到缺陷位置的反射波。当要检测桩身浅层缺陷时，脉冲力持续时间要短，低频分量多波长小，判断缺陷位置的精度会高一些。

结束语

反射波法低应变检测是桩身完整性检测的一种有效手段，也是比较方便快捷的一种检测方法。由于桩身完整性是保证桩基工程质量的一项重要指标，反射波法低应变检测也在实际工程中得到广泛应用。本文主要从一维应力波理论和振动信号的采集分析方法出发，结合工程实例，对检测应用中的一些问题进行研究分析，归纳总结一些规律，以提高检测工作的可靠性。

参考文献：

[1]林彦英.低应变反射波法三维缺陷桩动测响应分析[D].华南理工大学，2014.

[2]杨建中.低应变反射波法基桩完整性检测应用研究[D].郑州大学，2011.

[3]金宏雷，金笃慎，周琪.低应变检测基桩完整性和缺陷桩处理[J].民营科技，2009（07）：156-157.