低应变反射法与超声波透射法在基桩检测中的对比研究

张巍泸 先柳 聂选滔 陈孙权 姚娟

【摘要】伴随着我国经济的快速发展，投资项目不断增加，桩基已经成为建筑、桥梁、码头等采用最多的一种基础。桩基工程关系到整个施工的安全，但属于十分隐蔽的工程，质量比较难以控制，桩基检测是判定桩基质量的重要的方法。

【关键词】超声波透射法；低应变法；对比分析

1.概述

桩基础是一种历史悠久、应用广泛的基础形式，主要是以钢筋混凝土为材料的一种桩型。工程中大量使用混凝土灌注桩，灌注桩有以下特点： 施工难度比较大、隐蔽性很强、工艺很复杂、硬化环境及混凝土成型的条件复杂，所以容易产生空洞、裂缝、夹泥、缩径、沉渣、断桩等缺陷，所以会对建筑物的一些性能造成影响，对桩的完整性检测和找出缺陷位置尤为重要。目前桩身完整性检测主要有低应变法、声波透射法、高应变法、钻芯法等。本文主要是针对灌注桩完整性检测中低应变法和超声波透射法的对比研究展开讨论。

2.基本原理介绍

2.1低应变法基本原理

低应变方法采用的是反射波法，反射波法源于应力波理论，应力波在沿桩身传播过程中，当遇到桩身存在明显波阻抗界面或桩身截面变化时，应力波就会发生反射，利用安装在桩顶的加速度计或者速度计接收由初始信号和由桩身缺陷或者桩底产生的反射信号组合的时程曲线，通过对带有桩身质量信息的波形进行处理和分析。

2.2声波透射法基本原理

声波透射法是根据脉冲波在混凝土中的传播规律，以施工时预埋时平行的声测管作为换能器的通道，通过水的耦合，换能器发射和接收超声脉冲信号，然后实测声波在混凝土介质中传播的声速、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对声波的传播时间（或速度）接收波的振幅和频率声学参数的测量值和相对变化综合分析，判别基桩缺陷的位置，估算缺陷的尺寸，从获得的声学参数了解桩各个剖面的混凝土完整性。

3.两种方法的理论对比

3.1原理差异

低应变法是通过纵向应力波在桩身波阻抗发生变化的地方产生反射来检测桩的质量。低应变方法反映的是桩身某一个界面的等效效应，即反映的是波阻抗的变化，而波阻抗是三个参数的乘积。

声波透射法是通过声波穿透混凝土后一些声学参数的变化来评价混凝土的质量，判断桩的完整性。即主要是通过检测得到的混凝土的声学参数与混凝土质量的对应关系来确定桩身的完整性。

3.2波速的差异

低应变法测试得出的波速为一维波速，假定桩径与桩长之比较小，其波速与桩身的弹性模量和介质密度有关。即

式中，E———弹性模量；p———介质密度。

声波透射法测试得出的波速为三维波速，其声速大小与固体介质的性质和固体介质的边界条件有关。即

式中，E———弹性模量；μ———介质泊松比；p———介质密度。

混凝土的泊松比一般为0.2因此低应变测试得到的波速一般是小于超声波测试得到的波速。

3.3检测范围差异

根据桩的长短所选择的方法有可能不一样，低应变在测试过程中敲击的程度、桩周土体性能、耦合剂等因素的影响，造成波在传播过程中有一定的能量损失，桩身较长，仪器接受的信号比较弱，影响桩的完整性判定，因此有些规范中规定长桩进行完整性检测时宜采用声波透射法。

4.实例分析

我们对山东英才学院基桩实训场模型桩分别采用低应变法和声波透射法进行测试，通过测试结果对比分析验证两种方法的差异，具体的信息如下；

本次试验采用山东英才学院基桩实训场4-2号模型桩，桩长6.5m，桩径1.0m，两声测管距离为0.7m，混凝土为C30。经查阅成桩记录，该桩在浇筑混凝土前，未对其进行清孔，导致该桩缺陷为桩底沉渣，沉渣厚度为0.5m，且在浇筑混凝土时未用导管灌注混凝土。

图一为4-2号桩低应变测试曲线，分析发现桩底反射明显反射波与首波反向，波速为3400m/s，桩底有缺陷，距桩顶2.2m-2.5m处有轻微缩径类缺陷，可能是由于声测管的影响，导致曲线不规则。

图二为该桩超声波检测曲线图。表一为超声波检测的声速平均值、声速临界值、波幅平均值、波幅临界值。根据图二和表一所列测试结果进行综合评价，该桩桩身完整，距桩顶6.25m-6.5m处声速值和波幅值均小于相应的临界值。由于超声波无法检测桩底沉渣，造成声速值和波幅值小的原因可能是钢筋笼吊放不规范导致声测管底部偏移或在成桩前未清孔，浇筑混凝土未采用导管灌入倾倒而下致使粗骨料与底部沉渣混合形成夹泥。

超声波法因其声测管的原因，使其检测具有一定的局限性，无法检测声测管以外的缺陷。

5.结语

通过上述的对比分析，我们可以看出，低应变反射法与超声波透射法都存在着优缺点，测量范围而言，超声波法在检测长桩完整性的精确度比低应变更加的优异。测量盲区而言，低应变法的测试盲区主要在桩的上桩段，浅部有严重缺陷且激励脉冲较宽时，波形主要表现出大振幅、低频宽幅摆动性状，缺陷以上桩段的波动性狀不明显，所以浅部缺陷一般要求高频窄脉冲来进行测试。超声波因其声测管的影响，在声测管外围无法检测。在重要工程中建议用低应变（下转）（上接）检测法来验证超声波检测法的不足或用超声波法来验证低应变检测法的准确性，并结合施工工艺与成桩记录来判定桩身完整性。

参考文献：

[1]刘屠梅.基桩检测技术与实例[M].中国建筑工业出版社，61-67.

[2]建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2014）.北京：中国建筑工业出版社，2014.

[3]刘明贵等.桩基检测技术指南.北京：科学出版社，1995.

[4]徐攸在.桩基检测手册.北京：中国水利水电出版社，1999.