低应变法在高层建筑桩基完整性检测中的应用

叶超

中冶集团武汉勘察研究院有限公司（430080）

试验研究

低应变法在高层建筑桩基完整性检测中的应用

叶超

中冶集团武汉勘察研究院有限公司（430080）

在阐述低应变法基本原理的基础上，分析总结了工程检测中的若干经验，并结合某工程实例对低应变法在高层建筑桩基完整性检测中的应用进行了探讨。

低应变法；桩基；完整性

0 引言

高层建筑载荷大，对地基处理的要求严格，常规浅基础形式应用因而受限，桩基础已成为高层建筑结构的主要基础形式。桩基作为地下隐蔽工程，出现异常时不易察觉，因此桩基检测是不可缺少的重要环节。桩基检测的内容包括承载力、桩身质量等项目，它是对桩基质量评判的基本依据。

1 低应变法的基本原理

目前,进行桩身完整性检测的方法有多种，包括低应变动力试桩法、声波透射法、钻孔取芯法等。低应变动测法是通过对桩顶施加振动载荷，采集桩体振动的速度、加速度等信息数据，再利用波动原理对结果进行判断分析，以达到对桩基施工质量的判断。此方法应用较为广泛，具有快速、简便及适用等特点，但对于嵌岩桩、测桩盲区、大直径桩的高频干扰等方面存在一定缺陷。

由于桩基埋设深度远大于直径，波动原理假定桩为连续弹性杆件，并忽略桩周土体对沿桩身应力波的影响，可采用一维波动理论来反应桩基波动问题。当桩基完整时，多次反射波与入射波的波动曲线同向，且各次反射之间的距离同首次反射到入射波之间的距离相等。当桩基存在缺陷时，波动曲线出现异常，出现与入射波反向位的反射波。

2 低应变法桩基检测的工程经验

依据大量工程检测经验及桩基试验研究成果，采用低应变法进行桩基完整性检测时应明确以下事项：1）低应变法无法进行桩基缺陷的定量分析，只能依靠经验进行具体位置的判定。2）低应变法进行桩基承载力检测时，要求获取不同地质条件、桩型条件下的静动对比系数，难度较大。3）桩侧阻力对应力波能量影响较大，波形衰减严重，限制了桩体测量长度。通常检测桩长应小于50m，桩基直径小于1.8m，超过此限值桩底反射信号较弱，易引起误判。4）当桩周地质条件复杂且变化大时，低应变法对桩基质量检测的准确度会降低，反射波易因土体阻抗变化引起反射而产生误判。5）对于嵌岩桩，由于桩底岩质与桩身混凝土阻抗相近，当反射波传递到桩底时仍向下传播，直至衰减为零，没有反射波形，无法进行桩基质量判定。

2 低应变法在高层建筑桩基工程中的应用

2.1 工程概况

某高层建筑为住宅楼，地上29层，地下2层，剪力墙结构，为桩筏基础。桩基为钢筋混凝土钻孔灌注桩，采用泵送反循环成孔工艺。为检测桩基建造后的质量,采用低应变法进行测试。测试仪器采用国产FD-P204型动测仪，通过手锤激振获取加速度信息。

具体实施时，在桩顶放置加速度传感器，接受锤击产生的加速度信号。FD-P204型动测仪对测试信号进行放大和转换处理，传输给计算机。计算机可显示出实测波形。每根桩布置一个加速度信号采集点，每点可采集5～6次锤击信号。对获取的加速度测试信号进行时域、频谱分析，以检测测试桩的桩身完整性。

2.2 测试结果分析

无缺陷的完整性桩基，由于桩身无缺陷，会产生一个由于桩底土层与桩身混凝土阻抗差异的反射波。当桩底地层阻抗比桩身大时，反射波波形与入射波反相。反之同相。如图1（1）所示对应为一完整桩的时域反射信。

图1 桩基时域波形信号

浅部缺陷桩基的时域波形信号见图1（2），表现为：由于缺陷距离桩顶较劲，缺陷反射时可能会产生两次，两次反射波的形态保持一致。首先在缺陷的第一个界面出现与入射波同向的反射波，然后在第二个界面出现另一个与入射波反相位的反射波。深部缺陷桩基的时域波形信号见图1（3），反射波形与图1（2）基本相同，只是在接收到桩底反射前无二次缺陷反射。

需要注意的是，对于断桩质量缺陷，力波会在断桩处不会继续传播或传播能量微弱，此时传感器接受到的信号就仅仅表现为断桩反射波，没有桩底反射波。工程师测试判断时，可依据入射波和反射波间的传播时间计算桩长，通过桩长对桩基缺陷或桩端位置进行判别。

3 结语

由于设备轻便、检测速度快、对场地要求小等特点，低应变法在各种桩基检测工程中得到了广泛的应用,但仍存在一些问题。只有不断改善检测仪器的性能和质量，研究更优越的桩基检测技术，把桩基检测方法与智能信号分析方法结合起来,桩基检测技术才能得到更长远的发展。

[1]梁万红,李永志，王仁健.低应变反射波法检测桩基技术研究，交通标准化[J].2008(02).

[2]高红伟,姚勇,陈代果.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].西南科技大学学报,2013,09.

根据线性代数相关知识，若上述线性方程组为齐次，则有非零解的充分必要条件是系数矩阵的秩（文中n=6）；若上述线性方程组为非齐次，则其有解的充分必要条件是系数矩阵和增广矩阵的秩相等，即R（A）=R（A，b）。当R（A）=R（A，b）=n时，则有唯一解。[3]在实际的预测中，通过多次溜放，回归出实际的线性方程组,就可以计算出方程组解的情况。

根据溜放的工程实际，通过合适的配料，在溜放后得到符合配合比的混凝土是可能的。也就是说，上述方程组一般都是有解的，这个解即为投放前进行调整的配合比。

4 结语

利用多元线性回归的数学方法，通过多次溜放及统计，对溜放前混凝土各组分与溜放后混凝土中单一组分的相关性进行了分析，得到了各经验回归方程；再通过组成线性方程组，得到了溜槽输送混凝土时配合比的预测和调整模型，能简单有效地指导溜槽输送混凝土时配合比的调整，避开了混凝土复杂的液-固两相流动的流体分析。

需要注意的是，在应用中为了保证回归模型具有优良的解释能力和预测效果，应注意自变量的选择。自变量对因变量有显著的影响，并呈密切的线性相关。在得到模型后必要时应进行检验与评价,以决定模型是否可以使用及是否需要调整。

参考文献：

[1]刘龙卫,秦亮,唐道国,黎中文.溜槽技术在长距离有轨斜井施工中的应用[J].隧道建设,2009,29(3).

[2]汪荣鑫.数理统计[M].西安：西安交通大学出版社,1986.

[3]同济大学数学系.线性代数[M].北京：高等教育出版社, 2007.