低应变法检测桩基基础工程的桩身完整性研究

张子炎

广东裕恒工程检测技术有限责任公司 广东 广州 511356

引言

城市经济及建设水平的提高推动着建筑工程施工数量上涨，保证建筑工程质量是工程建筑的重中之重，那么就要从加强桩基基础工程质量入手。桩基基础中的基桩容易出现裂缝、夹泥、空洞、蜂窝等情况，会严重影响到工程建设的质量安全，使其不能满足工程建设的需求，因此桩身完整性检测是及时发现桩身质量问题的常规手段，而低应变法是检测桩身完整性最快捷、高效的办法，建筑施工单位应充分利用这一方法来及时发现桩基基础工程的质量问题，进而进行工程处理，保证工程质量安全，推动工程项目建设的顺利开展。

1 低应变法工作概述

1.1 低应变法工作原理

检测桩身完整性时，需要将桩简化为一个弹性直杆，在受力时应当维持其横截面稳定，忽略其桩基内外的阻力以及桩边土阻力，使得其可以由弹簧来代替桩边土对桩基的约束作用。低应变法工作原理包含着波动式子，在其满足了应力波传递理论以及牛顿第三定律等理论后，其波速与应力之间存在一定关系。但是在实际项目施工中，由于施工现场受到诸多不确定因素的影响，就会导致振动波的传送出现阻碍。例如桩身较为薄弱，就会导致波的传送出现问题，对其进行精准分析是较难的一件事，因此就要对其注意事项进行分析。

1.2 低应变法存在的不足

利用低应变法来检测桩基完整性还存在一定的不足。首先对桩基的缺陷类型不能确定。其次就是不能清晰判读出其缺陷程度。其三阻抗渐变类型的缺陷容易出现误判的情况。第四在桩身存在多个缺陷或者桩型不完整时，就会导致反射波叠加，其曲线不能解释桩身的实际情况。第五在其检测的有效深度内可以了解桩身信息，但是在其深度外就会导致桩身信息不能准确获得[1]。

2 现场检测过程中注意事项

低应变法能够有效检测桩身的完整性，并且操作起来也较为简单、快捷，但是在实际使用过程中还存在一定的局限。其中包含土阻力的干扰，浅部缺陷难以辨别等等。同时由于用一波的衰减机理较为复杂，在测试过程中其信号很容易受到外界因素的干扰，因此，只有对相关因素进行或者控制才能够保证结果的完整性，同时也要对其作出准确评价。主要因素主要有以下几个方面组成：

2.1 合理处置桩头

在进行信号采集过程中，桩头的位置安装具有十分重要的作用，桩头的处置是检测成功的重点内容之一，但是在实际检测过程中，部分检测人员却会忽略此类问题。一般情况下桩头的位置会有浮浆，如果忽略了对桩头处置，就会直接在浮浆上进行采集数据，这样会容易出低频振荡信号的情况，无论怎么调整传感器的位置或者震源，都不能改善此种情况，导致检测信号的位置出现缓冲。灌注桩桩头位置应要破除至清晰可见的粗骨料，管桩应把桩头切割至设计基础标高位置，同时应尽量保持平整、干净，并利用砂轮机把传感器安装点和激振点磨平来完成检测前桩头处置工作，这样更有利于传感器安装和手锤、力棒锤击。

2.2 判断浅部缺陷问题

低应变法检测一般是通过手锤或者力棒激震的方式，在敲打过程中一般会通过质点震动的方式来实现波动传递，在桩头的周围能够看作半球面波，在脱离桩头之后就更趋向于平面波。这是由于传感器在接受反射波中桩头附近容易出现检测盲区，而盲区如若出现不足，就会难以发现桩身质量问题。那么在检测过程中，判断桩身浅部缺陷是低应变法实施的又一难题，现场检测员应当及时解决这一问题，应当采取激振的方式进行调整，通过利用质量大小不同和锤头坚硬程度不同的激震力棒，提升激震脉冲波频率来提高分辨率，保证弹性波的垂直传递，使得击打部位能有效地激发入射脉冲，以此来采集信号，提高其灵敏性，有效判断浅部缺陷。

2.3 确定现场波束

反射波检测过程中，其桩长、波速以及时差能够形成相应的关系，在时间确定的前提下，桩长与波速能够呈线性关系，以此来评价桩身质量。在检测过程中要保证通过作业记录桩长来设置砼波速，但是在检测过程中容易被各种原因所影响，进而导致其测算结果并不可行。如果给出砼波速，在地质环境变化较小时，砼配合比不便，其波速就会在特殊范围内。此种情况的形成一般要结合现场情况及地区测量经验，并且要设置一个合理的波速值了，进而对桩长进行再次测算，以此来考量桩身缺陷造成的波速改变[2]。

2.4 脉冲发生器的影响

由于混凝土的材质及强度大不相同，因此所产生的应力波也就截然不同，而且不同脉冲对检测的影响不同。例如在实际检测过程中，低频的脉冲则能够有效明确侧桩深部的不足，而高频脉冲则针对浅薄的缺陷进行检测。因此，一旦大直径桩作为检测对象，就应当使用高能量低频脉冲的发生器；而当小织金装作为检测对象时，就要选用低能量高频脉冲的轻型脉冲器。同时在选择脉冲发生器时，也要根据混凝土的实际材质等因素，考虑影响脉冲发生器使用的因素，从而选择最佳脉冲发生器。

3 检测信号分析的注意事项

3.1 确保信号的准确性

利用低应变法检测桩身完整性过程中，在收集信号时要确保信号的准确性，以此来进行桩身缺陷判定是否合理。在测定信号过程中要保证应力波能够真实反映出桩身波阻抗的情况。一般情况下导致信号准确性降低的因素包括：首先就是桩头的处置不合理，没有保证桩头的实际性能。其次由于传感器的设置使用方式不能符合实际施工需求，导致波在传播过程中不能保证其准确性。最后一因素是由于锤的选择不合理、不科学。

3.2 应力波衰弱

时域信号在传递过程中其力量会慢慢消散，尤其在桩的密度与土的密度相近时就会导致波力量衰弱速度加大，并且此时波的实际形状为球面波，并不能够看作为一维波。在对桩身的完整性进行探究时，就需要将信号指数进行放大处置，以此来减小或消除土阻力造成地面信号衰弱的情况。保证应力波能够准确传播，进而加强对桩身完整性的检测工作。

3.3 筛选波速

在进行缺陷量化研究时，波速筛选的准确性关乎着确定缺陷部位。当其时域曲线没有桩底反射或者异常缺陷信息叠加时，波速要选择适合工地可靠桩的平均波速度，对于没有明显桩底反射的基础，要注意不可量化。对桩中间产生缺陷的桩要保持警惕，在对桩底位置检测时要对其再次反射十分注意，并注意上段缺陷的反射情况。因此就应当结合平均速度来识别桩底实际情况，并根据异常反射情况识别缺陷。

3.4 桩侧土层的影响

在对桩基工程进行检查过程中，要全面考虑桩周土对波形曲线的实际作用，检测员应当注意桩侧波阻抗来改变信号反射，忽视了应力波在桩身内传递，受到桩身材料、刚度和其缺陷的作用，也会受到桩侧土层模量多少的影响。如果桩侧土是由软土层转变为硬土层，其收集的波形曲线就会出现相似的反射波。而但桩侧土有硬土层变为软土层时，其波形曲线就会受到影响，进而对桩基情况形成误判[3]。

4 低应变法检测桩身完整性的施工流程

4.1 做好施工前准备

在检测桩身完整性时，就要做好施工前准备工作。首先要做好出工前准备，将搜集被检工程的施工资料及设计图纸等要准备好，深入了解工程施工工艺及施工流程的异常情况。其次就是要调试好仪器设备，保证仪器设备能够在有效周期内完成显示波形、储存等功能，确保仪器工作正常使用。同时也要根据桩型的实际情况，及检测的目的，根据不同需求选择材质合适的力棒，以此来获得实际所需的激振频率有效信号。

此外也要做好施工现场准备工作，其被检测的桩顶面的好坏影响着测试信号的质量，以此来完成对桩身完整性的判定。因此在检测过程中，就要保证被检桩顶面的混凝土质量及截面尺寸要满足相关条件。同时桩混凝土质量及强度要符合规格，进而进行桩基坑的挖掘，确保桩头顶面的平整度，也要保证其表面无积水，进而保证后续检测的完成。

4.2 科学合理采集外业数据

对外业数据的采集要保证信息的完整性，一般包括其桩身激振、仪器数据以及传感信号接收的三个步骤，且其现场工作管理也要符合其实际施工原理。在经过大量工程实践与理论的分析，保证测量传感器的安装位置应当在距离桩心三分之二半径处，并保证其与桩顶面垂直，并用耦合剂来紧密连接，也要确保其结层要薄，避免影响检测的质量。而激振点位置要选择在的桩心，其方向也要沿着桩轴线的方向。

4.3 完善数据分析处理工作

数据分析处理工作是保证桩基检测所采集的原始数据利用信号分析出更多的有用信息。目前，检测仪器在检测过程中对信号采集工作要有所了解，保证数据的采集要保质保量。在采集过程中，一般是将数据采集工作传输到计算机等终端设备，并利用相关分析软件来分析其实际情况，并通过将其指数放大、滤波等方式来做好后期信号处理工作，并能够对其技术进行详细的分析及处理，保证检测技术方式的稳定进行。在分析过程中也要结合桩型设计情况、成桩工艺、施工现场地质材料等综合进行分析，以此来综合判断桩身的完整性。进而采取相关方式对桩基有缺陷的地方进行维护，保证工程建设的质量。

4.4 现场信号采集

现场信号采集工作对后续桩基础工程具有重要影响，所以在进行现场信号采集过程中，首先要加强对于仪器的参数设置，保证信号采集的多行能够始终处于良好的状态。信号的波形大致有以下特点：首先经过多次锤击的波形应当重复性较强，第二，波形能够显示出桩的实际情况，并且能够反射桩底情况；第三，波形较为平滑，并不存在震荡模型的情况；第四，波形最终能够回归基线。通过对不同检测点的实时检测，能够了解到各个区域信号存在一定的差距，那么首先就应当分析其原因加强对施工现场的检测，同时也要排除影响测试的不良因素。

在完成信号检测工作后，要加强恶意信号的检测及处理，对于撞击发射信号不明显的情况，首先就不能结合原始波形对其相关指数进行放大，进而保证状态信号在不被影响的情况下能够清晰地展现出来。为了使得波形整体更容易判断，那么就可以通过使用低通滤波来及时分析处理。在使用低通滤波过程中，需要考滤波频率的上限[4]。

5 结束语

综上所述，桩基检测工作就是要检查桩基结构的完整性，并及时发现其存在的缺陷及问题，采取相应的解决措施，以此来避免安全事故的发生，维护建筑工程项目的质量。低应变法可以在桩基检测过程合理控制桩身的质量，也要结合桩型及施工情况等情况，来详细判断出桩身的完整性。进而通过检测能够有效判断桩基基础实际质量，在检测过程中要做好施工前准备、科学合理采集外业数据以及完善数据处理分析工作，以此来加强低应变法的检测效果。