核工业二九0研究所 广东韶关 512026
摘要：低应变反射波法能够通过实测桩顶加速度的方式判定基桩桩身的完整性，初步估测桩身混凝土的强度等级。然而对于超长桩来说，低应变反射波法暴露出局限性，检测精度偏低，检测结果缺乏完整性和准确性。为此，本文提出适用于超长桩的低应变应力波传导检测技术，进行模型桩的低应变有限元模拟分析，提高检测结果的准确完整性。
关键词：超长桩；低应变反射波法；传导；检测
超长桩是长度大于50m或长径比大于50的基桩，桩基施工后的桩身质量检测和承载力检测是关键环节，要重点关注和探讨适用于超长桩的低应变应力波传导检测技术，利用激振设备、传感器、信号采集分析设备，采集获取准确可靠的信号时域曲线，进行基桩桩身的质量检测和诊断。
一、基于低应变法的应力波接力传导检测技术分析
基于低应变法的应力波接力传导检测技术是通过桩顶安设的传感器检测可测桩长范围内的缺陷情况，通过桩身埋设的传感器检测获悉深部桩身的质量缺陷，快速接收到桩底反射或深度较大的缺陷反射，使传感器在应力波衰减较小的情况下接收应力波，实现对桩身的完整性、准确性检测。
在基于低应变法的应力波接力传导检测技术中，主要做好以下现场测试工作：（1）检测前的准备。要了解和把握工程概况及地质水文状况，获悉建筑物的类型、基桩种类及桩基设计要求，准备好基础设计图纸、有效地质勘察报告、桩基础施工记录等资料。（2）桩头的处理。由于灌注混凝土存在不密实的浮浆层，与下部正常混凝土粘结不良，因而会影响应力波向下反射和传播，较大的杂波会与正常信号相叠加而掩盖桩间和桩底部的信息，不利于波形的识别。因此要先凿除桩顶浮浆，在处理破损桩头的前提下进行桩身的低应变法完整性检测。（3）激振位置的选择及操作。通常将实心桩传感器设置于距桩中心2R/3处，使之承受较小的干扰，并使空心桩安装点与激振点平面夹角保持约90°角，并在桩壁厚的1/2处，类似于径向耦合低阶振型的驻点。在操作中考虑到桩头激振时钢筋产生的回声极易被传感器接收，因而要将传感器设置于远离钢筋笼主筋的位置，避免传感器受到声波信号的干扰。一般来说，可以选择砂土传感器或黏土屏蔽传感器。同时，对大于50cm桩径的基桩来说，要设置至少3个的检测点，进行原始波形的分析，并使信号幅值在测量系统量程以内，避免信号失真和零漂的现象。在波形分析的过程中，要选择重复性好的波形，剔除异常离散的波形。（4）信号分析并判断桩身质量。现场信号采集人员要对现场工程地质状况、现场环境条件有清晰的认知，并根据信号成形的影响程度，判断桩身的质量。
二、超长桩低应变应力波传导检测技术的工程应用分析
某特大桥的中心桩号为K104+915，全长1052m，主桥为三孔预应力连续刚构，中孔跨径60m，两边孔各40m，长度140m，引桥为预应力混凝土先简支后连续斜腹板小箱梁。主桥下部构造为：薄壁型桥墩的壁厚80cm、宽度730cm，两薄壁间净距350cm，伸缩墩为双柱式墩，墩台桩基桩长约54m，桩身截面直径1.6m。
（一）工程准备
1.传感器的加工工艺。桥梁桩基为钻孔混凝土灌注桩，可以对传感器进行加工改造，使之与桩身保持良好的耦合性，避免混凝土中的水导致的传感器短路现象。打开传感器的保护盖，以AB胶进行传感器内导线的密封绝缘，将其水平放置于PVC管中，管壁钻孔并对传感器进行接线穿孔，再浇注混凝土，进行传感器的封闭后养护，避免安装施工及桩身浇筑施工中对传感器的损害。
2.传感器的安装工艺。要在桩身的适宜位置埋置传感器，通常选择在距离钢筋笼顶部的30m、40m处，确保传感器的完整无损，并能够测到理想的信号。在传感器安放施工的过程中，要将PVC管固定于钢筋笼焊接的小笼之中，在钢筋笼径向约30cm处将传感器与钢筋笼一同下放至钻孔中，然后浇筑混凝土桩身。同时，用PVC管保护导线，避免导线的破损和断开现象，保证传感器安放的正确性、牢固性和埋深。
3.桩基现场施工。将传感器钢筋笼吊入钻孔，确保传感器连接导线的完整性。并在混凝土现场浇注的过程中保持连续性，如果出现中断则要立即记录中断时间和中断位置。在对桩身混凝土进行一段时间养护后，当其达到一定强度即可进行基桩动力试桩试验，检测获悉桩身的完整性。
（二）现场检测
当桩身达到一定强度时，要对桩身质量进行检测，首先要在与截面圆心2/3半径处的桩顶面上进行信号采集，将速度传感器与桩体相耦合，并保持与桩身轴线的平行。可以在桩顶位置布设2-4个检测点，反复敲击每个检测点，确保检测数据的精准度。并在现场采用大锤激发的方式进行检测，以获取较大的激发能量，并由工程地震仪通过分道接收和多道同时接收的方式，进行现场信号的采集。
（三）信号处理分析
1.完整桩波形信号分析。桩顶传感器无法反映来自桩底的反射信号，而深度28m和38m处的传感器则有相对清晰的桩底反射信号，可以读取两个传感器初始入射和反射的时间差，计算获取桩身波速及桩底的具体位置。根据22-4的55m长桩的实测速度时域曲线可知，55m长的4号桩的桩身波速为4000m/s，28m传感器的初始入射信号与接收到的桩底反射信号的时间差为12.6s，其与桩底的距离为25m，桩身质量完整无异常。
2.浅部缺陷波形信号分析。由21-3序号的55m长桩分道接收的实测速度时域曲线可知，传感器采集的信号完整、清晰，质量完好，桩顶测点接收到缺陷反射，而未接收到桩底反射；而深度28m和深度38m的传感器能接收到桩底反射却无缺陷反映，主要是由于该缺陷是浅部缺陷，且缺陷深度小于28m。通过计算，两个桩顶传感器距离桩底15.3m和25.6m。
3.深部缺陷波形信号分析。通过26-4序号的55m长桩多道同时接收的实测速度时域曲线可知，桩顶质点接收到不够清晰的缺陷反射，然而并没有接收到桩底反射；而深度28m、38m处的传感器则可以接收到桩底反射，并呈现出较为清晰的缺陷反射。由此可知，桩身缺陷为深部缺陷，具体位置在距离桩顶47.3m的位置，桩身28m深度传感器检测的缺陷在距离桩顶41.8m处，桩身38m深度传感器检测的缺陷反射在距离桩顶3.5m处，主要是由于桩身波速差异性或桩头处理后深度值变化而导致的。
4.特殊情况的波形信号分析。通过25-4序号的55m长桩多道同时接收的实测速度时域曲线可知，传感器采集信号清晰完整，质量良好，计算得出桩身中中的应力波波速为4428m/s，桩顶质点没有接收到桩底反射，有不明显的类似缺陷反射；而深度28m处的传感器则接收到缺陷反射和桩底反射；深度38m处的传感器能够接收到桩底反射却无缺陷反映，主要是由于缺陷的位置应当在38m的深度而造成的。具体计算如下所示：
25-4-55桩底及缺陷位置计算
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结语
总之，超长桩低应变应力波传导检测技术应用日益宽泛，要在实际工程中应用超长桩低应变应力波传导检测技术，合理运用现场试桩施工工艺，并对检测的信号进行处理分析，有效提高检测质量和效率。
参考文献
[1]基于能量法的不同工况下超长桩屈曲稳定性影响分析[D]. 杨松.中国地质大学 2019.
[2]超长桩竖向受力承载特性研究[D]. 梅靖宇.湖北工业大学 2018.
[3]分层土中超长桩水平承载特性研究[D]. 路阔.河北大学 2018.