低应变法检测桥梁桩基完整性的探讨

邹志刚

（佛山市公路桥梁工程监测站，广东 佛山 528000）

低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础，具有测试设备轻便简单、检测速度快，成本低等优点的半直接法，应用到了愈来愈多的工程检测中。低应变反射波法是将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗Z变化界面时，将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。安装在桩顶上的传感器，将接收到来自桩身各个波阻抗Z变化界面处反射上来的信息，根据这些信息，可对桩身完整性质量进行分析判断。

1.要全面地收集资料

低应变反射波法检测桩一般是靠反射波的波幅、频率、相位来推断、评价桩身完整性的，由于桩身中的缩颈、离析、空洞、夹泥等缺陷在反射波曲线上体现的特征基本上是一致的，故而仅从波形上无法确定何种缺陷。施工地质、地层的变化也会引起反射波的相位变化，有时也会发生误判。所以，检测者在检测前必须收集与掌握桩基从钻孑L、浇筑到完成全过程的技术资料。

(1)施工现场的工程地质勘察报告，水文概况；施工过程中的钻孔进尺记录，地层变化记录；(2)灌注桩成孔方式、成孔工艺；(3)浇灌环境(水下或干孔)；混凝土搅拌方式、运输方式、运距，浇筑工艺；(4)混凝土搅拌站每盘搅拌记录，施工配合比，每根桩基总计浇灌的混凝土方量；(5)施工日记，是否在浇筑过程中有诸如停电、卡管、导管拔出等事件；(6)成孔后检测情况。根据以上所掌握的第一手资料，结合波形分析，才可能较准确的分析判断桩身完整性及缺陷的性质。例如成孔检测时采用同直径的钢筋检孔器检测过孔径，基本上可以排除缩颈的可能。

2.要平、稳、净地处理桩头

桩顶条件和桩头处理的好坏直接影响测试信号的质量。JrrJ041—2000公路工程桥涵施工技术规范规定：桩头部分应比设计标高高出0.5m～1.0m，然后采用合适的方法破除桩头可能存在质量缺陷的部分。桩顶处理要达到平、稳、净：“平”就是将桩顶凿平，并用砂轮打磨机磨出四个平面。一个位于桩的中心位置，为激振点；另外三个位于1／2R～2／3R处，基本呈正三角形分布，为传感器安装点；“稳”就是凿除桩头部分后要无混凝土浮浆，无有裂缝的混凝土，无破桩后留下的松散混凝土，力求传感器稳固、紧贴地安装在桩顶面；“净”就是在桩顶面无积水，污泥，无砂石尘屑。

3.传感器的安装与耦合要到位

一般来说，加速度传感器频响比速度计要宽，通常用在局部缺陷和浅部缺陷检测，而速度计对长桩或深部缺陷较合适。不论选择哪种传感器，稠度低的黄油、油性橡皮泥、粘性低的口香糖、颗粒粗的粘土以及调得过干或过稀的石膏均不能用于耦合传感器。安装时传感器必须垂直于桩顶面，单方向用力旋压，使其紧贴安装面。坚决杜绝采取用手直接按住传感器的方法进行检测，避免由此产生实测信号的严重寄生振荡而不能真实地反映桩身质量的实际信息。另外，传感器应安装在距桩中心1／2R～2／3R处，并且远离钢筋笼主筋，以减少外露主筋振动或晃动时对测试信号产生干扰。

4.选择合适的激振方式

公路工程采用的桩基一般直径较大，深度一般都在20m以上。故而，激振点宜选在桩的中心位置:

(1)可以避免偏心振动

(2)此处由激振引起的表面波从桩侧来回反射产生的干扰信号为最小。

刚度较小的重锤，入射波脉冲较宽，含低频成分较多，加上激振能量较大，弹性波衰减较慢，适合于获取桩深部缺陷或桩端反射信号；刚度较大的轻锤，入射波脉冲较窄，高频成分较多，激振能量较小，更适合于桩身浅部缺陷的识别及定位。在实践中，可以分别用加速度计配合铜质锤头力棒和速度计配合尼龙头力棒激振采样。同时，激振时要垂直于桩顶平面，尽量自由落体，干脆利落，这样可以减少其他无效信号，获得较好的波形曲线，以利下一步的判读。

5.要客观分析结果

结果分析时，应先判断各种锤(或力棒)、各种传感器及测试点之间信号的一致性，即各波形曲线、相位、桩顶、桩底反射信号之间是否接近一致。

首先，选取合理的波速。波速的取值越接近实际值，判读桩身的缺陷位置才能较准确。据有关资料，混凝土强度与纵波波速的相关关系为：σc=4.18e0.49v(n=30，r=0.9869)

其中:

σc─混凝土抗压强度,MPa；

V─混凝土的纵波波速，km／s。

在测试前应根据上式结合混凝土骨料品种、粒径级配、水灰比和混凝土龄期等因素综合确定波速。当桩长已知、桩段反射信号明显时，选取相同条件下不少于5根I类桩的桩身波速计算其平均值为佳。

其次，信号放大应适中。在检测时，为防止敲击波形飘移，指数放大宜设置较低值。在分析时，为清楚地发现桩底反射，必然要适当地增大指数信号，但是不适当的指数放大会使缺陷信号夸大，波形畸变，造成误判。

第三，要结合检测前收集的工程地质、施工记录等资料，综合判定缺陷的类型。例如人工挖孔桩，不可能出现缩颈；钻孔灌注桩导管拔脱、浇筑过程中停电，可能引起断桩、夹泥；混凝土搅拌过程中水泵或水泥输送泵出现计量系统工作不正常、材料变异等导致混凝土拌合物离析；吊放钢筋笼时刮蹭孔壁引起坍孔，则可能出现夹泥等缺陷。

6.要及时收集、保存数据

桥梁桩基一般施工周期长，施工工序间衔接紧，桩基检测合格后马上要进行下一步的系梁、承台等施工。JTG／T F81-01-2004公路工程基桩动测技术规程明确规定：公路工程基桩应进行100%的完整性检测。故而一座桥的桩基一般少则几次，多则十几次才能完成检测。笔者今年检测一处桥梁的桩基，40根桩往返工地8次才全部检完。这就要求测试人员要勤保养仪器，及时充电，保证仪器的正常使用，每次检测前要设置好工地，检测工作结束后必须将数据及时存储与上传至计算机，并要有每一桩基对应的编号，以免混淆或由于其他原因引起数据的丢失。

结语

低应变法是一种检测桩基完整性的良好检测手段，使用仪器设备简便易携、检测速度快，费用低廉，检测人员不仅要会操作，而且要有相关的地质、施工、设计等方面基本知识，还须具有较强的综合分析能力。因此，需要检测人员不断探索，不断积累才能保证低应变检测数据的准确性。

[1]刘伟强,刘永翔.低应变法检测嵌岩桩的几点认识[J].广东交通职业技术学院学报,2004.09.30.

[2]郝清华,张利,郭鹏.低应变法检测桩基完整性应注意问题探讨[J].科技信息,2010.03.15.

[3]张文利.低应变法检测桩基应注意的几个问题[J].交通世界(建养.机械),2009.10.08.