低应变反射波法在PHC管桩试桩检测中的应用

李俊

摘 要：目前，PHC管桩在工程中使用越来越广泛。本文结合某地拟建某风电项目工程PHC管桩试桩检测实例，介绍了低应变反射波法检测管桩试桩完整性的检测技术。根据检测数据确定试桩完整性满足设计要求。检测可供类似工程参考。

关键词：PHC管桩;低应变;检测

中图分类号：TU473.16 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）28-0092-03

Application of Low Strain Reflection Wave Method

in Testing PHC Pipe Pile

LI Jun

（Jiangsu Wuxi Transportation Higher Vocational Technical School，Wuxi Jiangsu 214000）

Abstract： PHC pipe pile is more and more widely used in engineering. This paper introduced the detection technology of the integrity of the pipe pile test by low-strain reflection wave method in combination with the test case of PHC pipe pile in a wind power project to be built somewhere. The integrity of test pile was determined to meet the design requirements according to the test data. The test can be used as reference for similar projects.

Keywords： PHC pipe pile;low strain;detection

1 研究背景

预应力高强度混凝土管桩（Pre-stressed High-strength Concrete Pile），简称PHC管桩，是一种新型的基桩，由日本应用推广，并在国外广泛使用。随着我国基础设施建设的大力发展，PHC管桩在我国建筑、桥梁建设等方面发挥的作用越来越大。PHC管桩是专业工厂采用先张法预应力和离心成型工艺，经过蒸压养护而制成的一种空心圆筒体的等截面构件，运往施工现场后，通过锤击或静压的方法沉入地下作为建（构）筑物的基础[1]。

PHC管桩的特点是，单桩承载力高，制作工艺成熟，造价低;压桩方便，施工速度快，节约施工周期。但是，存在抗剪承载力低，施工过程挤土效应显著，且易出现桩身断裂。此外，PHC管桩施工结束后，通过肉眼无法观察到桩身的完整性，需要通过试桩检测确定单桩完整性是否满足设计要求，只有使用检测合格的桩基，才能保证建筑物整体質量。

目前，在实际工程中常用的检测管桩桩身完整性的方法有钻孔取芯法、低应变反射波法、声波透射法、静载实验和高应变法等[2]。其中，低应变反射波法具有检测速度快的特点，在管桩的完整性检测中被广泛推广应用。

2 项目概况

为了有效贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，湖北省孝感市拟建风电项目工程。工程采用桩型为PHC-800C-110预制管桩，桩身砼强度等级C80，设计持力层为粉质黏土层。利用低应变反射波法检测6根桩，桩长22.6～24m。

该项目工程所在地北部为丘陵，南部为平原，地势低平。场地地形较平坦，高差变化不大。根据钻探及室内土工试验结果可知，在勘探深度范围内，地层主要为第四系冲洪积粉土、黏土、细砂等。

场地在勘探深度范围内土（岩）层自上而下的特征如表1所示。

3 低应变反射波法检测原理

利用低应变反射波法检测PHC管桩桩身结构完整性的基本原理如下：一般情况下，管桩的桩长远远大于管桩的直径，因此，可以将管桩桩身视作各向分布均匀而且性能相同的一维杆。在管桩桩身顶部施加垂向激振信号，会产生沿桩身向下传播的应力波，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如断桩和严重离析等）或桩身截面积发生变化（如缩颈或扩颈），将产生反射波，经接收、放大、滤波和数据处理，可识别来自不同部位的反射信息。通过对反射信息进行分析计算，即可判断桩身混凝土的完整性，判定桩身缺陷的程度及其位置。

如上所述，将管桩的桩身等价为一维线弹性杆，规定用[A]表示其横截面积，[L]表示桩身长度，[E]表示其弹性模量，[ρ]表示其质量密度，用[C]（[C2=E/ρ]）表示其弹性波速，[Z=AρC]表示其广义波阻抗，经推导可以得出桩身的波动方程：

[∂2u∂t2=c2∂2u∂x2]                             （1）

式中，u为沿桩身方向位移;杆轴为x轴。

在应力波传播过程中，假设桩身某处有缺陷界面，该处阻抗会发生变化。当应力波从Ⅰ介质（阻抗为[Z1]）传播至Ⅱ介质（阻抗为[Z2]）时，就会产生反射波，即速度反射波[Vr]、速度透射波[Vt]，其用公式表示为：

[Vr=Vi∙1-β1+β]                                （2）

[Vt=Vi∙21+β]                                      （3）

式中，[β]为桩身质量完好系数，计算公式为：

[β=Z2/Z1]                                    （4）

根据缺陷反射的幅值定性确定缺陷程度，而用如下方法确定缺陷位置[Lx]：

[Lx=ctx2]                                    （5）

式中，[tx]为反射波的时间。

4 桩身完整性分类及判定标准

结合管桩桩身缺陷出现的深度、测试信号衰减特性及管桩设计桩型、管桩成桩工艺、桩基施工情况、所处地基条件，根据表2及表3所展示的时域信号特征或幅频信号特征，对管桩桩身完整性进行综合判定。

5 試桩检测

试桩桩位布置如图1所示。

项目名称：丰华应城东岗风电场风机PHC管桩试桩检测项目。本项目共检测了6根试桩，试桩实测低应变波形图如图2所示，6根试桩的检测波形入射波和反射波信号明显，无明显缺陷（断桩或其他缺陷）反射信号，桩身完整。

6 检测结果

根据实测波形分析计算，本工程桩身结构完整性试验结果如表4所示，各被测桩所测波形曲线如图2所示，桩身尺寸及桩长由施工单位提供，纵波波速根据砼强度等级综合设定。

根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）[1]中关于桩身完整性评判标准，6个波形曲线图均为典型的使用低应变反射波法获得的波形，6根管桩均为桩身完整的I类桩。

7 结语

应力高强度混凝土管桩（PHC管桩），因其具有造价低、施工速度快、单桩承载力高的特点，在国内工程中得到广泛应用。为了控制PHC管桩的质量，确保桩身的完整性满足设计要求以及对桩的质量进行合理评价，利用低应变反射波法对桩进行检测是十分必要的。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基桩检测技术规范：JGJ 106—2014[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[2]张磊.超声波透射法与低应变反射波法在基桩检测中的对比研究[D].西安：长安大学，2012.