低应变在混凝土桩基础无损检测中的应用分析

付明海

安徽三建工程有限公司 安徽 合肥 230000

前言

无损检测是检测混凝土桩基础完整性和稳定性的主要方式，常用检测技术包括超声检测、泄漏试验、射线照相检验、低应变检测等。在实际应用环节，低应变检测法的应用不仅可以检测桩基完整性，更能对成桩质量加以检验。因此，相关工作人员应该从实际出发，明确低应变检测技术的优劣势，提高应用有效性。

1 低应变无损检测法概述

应用于混凝土桩基础无损检测的低应变检测技术，实质上是一种基于低应变反射波检测混凝土桩基础质量和稳定性的方法，这种方法的原理就是向混凝土桩基础顶部施加激振信号产生应力波脉冲，然后根据其遇到不连续界面和桩底面后产生的反射波波长、时间、幅值和波形特征，对桩身完整性进行检查和判断[1]。在实际应用环节，借助于低应变检测技术，可以判断桩身缺陷，还能完成施工桩长校对和混凝土强度等级定性预估。

基于低应变技术开展混凝土桩基础无损检测时，需要用到的设备是低应变检测仪。这种仪器以工业计算机为主控系统，是一种体积小、重量轻、操作简便且结构稳定耐用的检测仪器；低应变检测仪可连续工作6小时，其显示屏在太阳强光下也依旧清晰可见。而且，低应变检测仪的信息储存量巨大，可同时储存5000根混凝土桩基础的完整检测数据，将会为有效判断工程桩基完整性和稳定性提供极大帮助。

2 低应变检测法的局限性和注意事项

通常来说，桩身混凝土强度低、桩身结构不完整、桩底清孔不彻底与预制桩质量不佳等问题，会导致混凝土桩基础的质量不佳。利用低应变检测法，可以对桩身完整性进行有效判断，从而获得实用性数据，为明确混凝土桩基础质量和制定优化策略提供帮助。但是，在低应变检测法使用过程中，该方法的使用成效将受到多方面因素的影响，具有较强的局限性。低应变检测法只能简单地分析、评价桩身问题，并不能对桩身缺陷进行全面性反映。比如，无法对缺陷程度准确定量，只能初步判定缺陷类型，但遇到严重浅部缺陷时往往会忽略其下部的第二个缺陷；同时，技术的局限性还表现在对小缺陷检测不灵敏、无法确定单桩承载力，或对预制桩裂隙或接头反射判断尺度难以把握等问题上。在实际作业环节，临近桩的波阻抗变化将影响待测桩的检测信号，将会对检测结果的准确性造成干扰；在检测嵌岩桩时，无法有效生成反射性波形，检测准确度难以保证。

由于低应变检测方法存在应用局限性，所以在技术应用不当的前提下，混凝土桩基础无损检测结果的可靠性和准确性也将大打折扣。为了保证技术应用成效，检测人员应该着力降低技术局限性带来的不良影响，从而保证混凝土桩基础检测结果真实、准确、可用。为此，相关工作人员应该从以下两方面着手：

一方面，检测人员需要开展桩头处理工作。基于低应变检测法开展混凝土桩基础无损检测时，桩头的平整度将会直接对检测结果的准确性和可靠性产生影响。为此，在实施检测前，相关工作人员需要利用力棒激振桩头、去除浮浆，使其表面平整均匀，为有效接收应力波信号奠定基础[2]。另一方面，检测人员还应该确保检测的针对性。对于混凝土桩基础而言，若桩基强度达标但混凝土强度不达标，基于低应变技术开展桩基无损检测将变得毫无意义。所以，检测人员应该在确定混凝土强度达标以后，再对混凝土桩基础进行针对性低应变检测，为明确桩基完整性提供保障。此时，检测人员应该保证被检测混凝土桩基础的混凝土强度超过设计强度的70%（大于15MPa）以上。

3 基于低应变检测的混凝土桩基础无损检测实例分析

本文将基于实际工程案例，对低应变检测技术在混凝土桩基础无损检测中的应用要点进行论述。案例工程为机场工程，机场建设用地周边都是村庄，交通极为便利。工程混凝土桩基础的混凝土强度为C80，单桩竖向承载力特征值是2200kN，桩基所用的混凝土管桩型号为PHC-500AB（125），基桩桩端持力层是全风化泥质砂岩，混凝土桩基础共包含86根桩。

3.1 选择检测设备

基于低应变法检测时，相关工作人员需要先确定检测设备，进而保障检测结果的准确性和科学性。检测人员需要使用低应变检测仪或RS-W（P）型24位浮点桩基动测仪；若选择使用后者进行无损检测，还需要为其搭配高灵敏度传感器。比如，选用LC0154TA型内装压电加速传感器，再利用力棒激振混凝土灌注桩。相关工作人员可以将传感器安装在桩顶，以便于接收应力波信息，并采取多通道数字滤波的方式，再基于数字频谱分析技术改善测试信噪比，保证检测结果真实准确。

3.2 规范检测操作

低应变反射波检测法的现场操作必须完全符合国家规范，检测前相关工作人员需要先做好前期准备。在此环节，最为重要的就是保证桩头平整。此时，需如前文所言一般提前完成桩头处理工作，保证传感器安装部位的混凝土平整性，从而提高信息接收准确性。安装传感器以前，检测人员需要检查安装点附近是否存在裂缝或缺损，且必须保证安装位置牢靠，进而确保信号采集过程中不会出现传感器滑动或松动问题。传感器的安装位置与激振点的距离应该超过1/4桩径，若激振点在桩顶中心，那么传感器所在位置与桩中心的距离应该超过2/3的桩半径。需要注意的是，无论是传感器还是激振点的位置，都必须远离钢筋笼纵筋，激振方向应该与桩轴线方向一致。

不仅如此，安装传感器时，检测人员还需要以垂直方式将其安装在桩顶。检测时，桩顶的传感器检测点应基于2～4点/桩的规定布设。同时，检测人员应该利用黄油做耦合剂，以尼龙头力棒激振桩顶，并保证激振点和检测点与桩中心的连线成90°夹角[3]。信号出现后，检测人员需要在每一个检测点处记录5个有效信号，从而保证信号可以准确地反映桩身情况。

3.3 确定结果评判标准

现阶段，判断混凝土桩基础完整性与可靠性的依据，是建筑基桩检测的技术规范要求，即《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106- 2014)。根据这一要求，可将混凝土桩基础的桩身分为四种类型，其一是Ⅰ类桩，桩身结构完整；其二是Ⅱ类桩，桩身存在轻微缺陷，但结构基本完整，不会对基桩的承载性能产生影响；其三是Ⅲ类桩，桩身存在明显缺陷，且这些缺陷严重影响了基桩的承载能力；其四是Ⅳ类桩，桩身结构存在严重缺陷，无法正常使用，必须进行工程处理。在利用低应变法对各类桩进行检测时，将会获得不同的时域信号和幅频信号。

第一，Ⅰ类桩的时域信号特点是，有桩底反射波，且2L/C时刻前不存在缺陷反射波；幅频信号特点是，桩底谐振峰的排列间距基本相等，且相邻频差大约为C/2L。第二，Ⅱ类桩的时域信号特点是，2L/C时刻前后存在轻微缺陷反射波，同样拥有桩底反射波；桩底幅频信号特点与Ⅰ类桩相同，但桩身轻微缺陷处与桩底的谐振峰频差大于C/2L。第三，Ⅲ类桩的时域信号与幅频信号特点在Ⅱ类桩和Ⅳ类桩之间。第四，Ⅳ类桩的时域信号特点是，不存在桩底反射波，但其2L/C时刻前会出现严重缺陷反射波，还会出现周期性反射波，桩身的严重缺陷处反射波波形将出现低频大振幅衰减震动；幅频信号特点是，缺陷处谐振峰之前仍然基本保持等间距，但相邻频差大于C/2L且没有桩底谐振峰，或严重缺陷处存在单一谐振峰且没有桩底谐振峰。

3.4 获得检测结论

在此环节，检测人员需要对已获得的所有数据信息进行整合，根据每一根基桩的波形变化判断其类别，从而确定被测混凝土桩基础的整体完整性。在案例工程之中，共检测了86根基桩，其中有82根基桩被判定为Ⅰ类桩，占总数的95.34%；有3根基桩被判定为Ⅱ类桩，占总数的3.49%；1根基桩被判定为Ⅲ类桩，占总数的1.16%。从这一结果来看，案例工程所用基桩的完整性较高，99.9%的基桩都满足桩身完整性使用要求，桩基质量符合实用性标准。但对于存在明显缺陷且已经对基桩承载力造成不良影响的基桩来说，只有得到妥善处理，且其实用性满足国家规定后才能重新使用。此时，应该针对这一基桩的缺陷位置以及缺陷成因，制定针对性工程处理方案，进而有效弥补缺陷，提高工程混凝土桩基础的整体完整性和可靠性。

4 结束语

综上所述，基于低应变法进行混凝土桩基础的无损检测可以为提高桩基安全性和可靠性提供辅助。在实践工作中，低应变检测的脉冲或滤波频率较低会对桩身阻抗变化产生影响，且垫层也会对检测结果产生影响。为了保证检测质量，相关工作人员需要从实际出发，着力解决混凝土桩基础低应变检测法的局限问题。