预应力混凝土管桩检测中低应变反射波法应用研究

彭方明 （安徽省建筑工程质量第二监督检测站，安徽 合肥 230031）

1 引言

近年来，随着我国城市人口的不断增加，城镇化进程进一步加快，城市里在建工程的数量也在不断增加。如城市里在建数量庞大的高层建筑，由于其载荷较大，对地基处理的要求较为严格。在安徽硬黏土地区，传统的灌注桩造价高，施工周期长，而预应力混凝土管桩的造价较低、施工周期短、承载力高，故而常常被用作高层建筑物的桩基础，但是管桩在硬黏土区域施工过程中挤土效应显著，容易出现桩身断裂、桩身上浮等质量缺陷，对管桩的完整性造成不利影响[1]。同时，管桩自身又是一项埋入地下的隐蔽工程，其完整性无法通过肉眼直接观测获得。管桩基础作为建筑物结构的重要组成部分，其质量的好坏是决定建筑物安全与否的决定性因素，故对管桩的完整性进行检测是十分有必要的。

目前实际工程中常采用低应变高应变法、反射波法、钻孔取芯法、声波透射法等来检测管桩桩身的完整性，其中低应变反射波法具备检测快速、便捷等优点，能有效弥补基桩静载试验抽样率较低的问题，使得检测结果更具有代表性，故而在管桩的完整性检测领域被广泛推广应用。

2 低应变反射波法检测管桩的原理

低应变反射波法检测管桩的示意图如图1所示，其基本原理为：由于桩长一般远大于桩的直径，可以将桩身等价为一维杆，材料各向分布均匀且性能相同，沿桩身方向的横截面积不会发生变化[2]。在管桩桩身顶部进行垂向激振，从而迫使管桩的质点受迫振动产生沿桩身向下传播的应力波。在应力波的传播过程中，如果遇到管桩桩身质量有缺陷的界面，该界面可以为混凝土分布有差异的界面（如断桩或严重析离部位）或管桩横截面积发生变化的部位（缩、扩径），应力波将会产生发射和透射[3-5]。结合反射波波速的振幅、到达时间和波速可以对管桩的完整性、缺陷程度和位置进行一个综合的判断。

桩身缺陷的位置可根据下式计算

式中：x—桩身缺陷的位置到桩顶传感器的垂直距离（m）；

Δtx—波速速度的第一个峰值与桩身缺陷反射的峰值之间的时间差（ms）；

c—应力波通过桩体的波速（m/s）。

图1 低应变反射波法原理示意图

3 低应变反射波法试验评定标准

根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)[6]中的相关规定，桩身完整性可以根据时域信号特征和幅频信号特征的不同分为以下四类，具体见图2。

进行桩身完整性判断需要注意的是，对所在场地和地质条件相同且桩型以及沉桩工艺相同的基桩，当桩端部分桩身阻抗与持力层匹配使得实测信号中没有出现柱底反射波时，桩身完整性判断可以根据处于相同场地下的其他有桩底反射波的基桩来进行判断。

桩身完整性的判断准则如下。

Ⅰ类桩：桩身结构完整；

Ⅱ类桩：桩身基本完整，存在轻微缺陷，不影响整体承载性能；

图2 桩身完整性结果评估图

Ⅲ类桩：桩身有明显缺陷，对桩身整体的承载性能造成影响；

Ⅳ类桩：桩身存在严重缺陷，需进行工程处理。

4 工程实例

4.1 工程概况

某工程需要对基桩进行低应变反射波法检测，桩基础设计根据设计图纸，基础采用预应力混凝土管桩，具体桩型为PHC-500AB（125），按图纸设计要求基桩桩端持力层为全风化泥质砂岩，单桩竖向承载力特征值为2200kN，桩身混凝土强度等级C80，工程桩总数86根。根据设计、有关规范及规程，检测桩数86根。主要技术依据和标准为《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）。

4.2 试验设备

本次测试采用的仪器设备为武汉岩海工程技术开发公司研制的RS-W(P)型24位浮点桩基动测仪，使用的传感器是朗斯测试技术有限公司的LC0154TA型内装压电加速度传感器。当使用力棒激振后，用安装在管桩顶部的传感器接收桩底及桩间反射的应力波信息，然后使用多通道数字滤波，指数放大，数字频谱分析等高科技技术来改善测试信噪比，以确保检测结果的可靠性。

4.3 试验操作

本次现场检测时，严格遵循《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)的技术要求，在测试前，确保安装传感器部位的混凝土是密实平整的，将传感器垂直安装于管桩的顶部，使用黄油做耦合剂，用带有尼龙头的力棒对管桩顶部进行激振。在每根管桩的桩顶安装2～4个传感器检测点，激振点布置在桩心，检测点宜为桩壁厚的1/2处，检测点和激振点与桩中心连线形成的夹角宜为90。，每个检测点记录3～5个有效信号，确保实测信号可以准确的反映管桩桩身的完整性状况。本次检测的实测时域信号未经指数或线性放大。

4.4 检测结论

图3 桩身完整的波形

图4 桩身有轻微缺陷的波形

本工程使用低应变反射波法检测了86根管桩，根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)中关于桩身完整性评判标准，其中Ⅰ类桩共83根，占被测基桩总数的96.51%；Ⅱ类桩共3根，占被测基桩总数的3.49%。Ⅰ类桩和Ⅱ类桩的桩身完整性满足使用要求。图3和图4为典型的使用低应变反射波法获得的波形，图3为桩身完整的Ⅰ类桩，图4为桩身有轻微缺陷的Ⅱ类桩，缺陷位置位于桩顶下约10.2m。

5 结论

桩基工程是建设工程的重要构成部分，是确保整个建筑工程结构可靠性的基石，故在硬黏土区域管桩的完整性检测显得尤为重要。低应变反射波法检测管桩桩身完整性有简单快捷等优点，因而广泛被应用于建设工程管桩桩身完整性的检测领域中。但在实际工程中，造成管桩缺陷的原因较多，因此需要现场操作人员具备丰富的工程经验，结合现场的实际情况作出合理的检测结论，以保障使用低应变反射波法检测管桩完整性时检测结果的精确性。