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建筑桩基础工程检测中的低应变反射波法应用分析

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：李汇丽韩文永王俊李志勇

[导读] 摘要：现代建筑工程规模比较大，而且大型建筑工程一般要求坚固桩基以承受上面带来的压力，而桩基础工程检测是衡量地基工程牢固的必要条件。

        河北双诚建筑工程检测有限公司
        摘要：现代建筑工程规模比较大，而且大型建筑工程一般要求坚固桩基以承受上面带来的压力，而桩基础工程检测是衡量地基工程牢固的必要条件。基于此，本文阐述了现代建筑工程建设常用的桩基检测技术以及低应变反射波应用原理，对建筑桩基础工程检测中的低应变反射波法应用及其注意事项进行了探讨分析。
        关键词：建筑工程；桩基检测技术；桩基础工程；低应变反射波法；应用；
        低应变反射波法也可以称为应力波法，其合理运用能够有效检测出桩基的扩径、缩颈、离析等缺陷，因此为了保证建筑地基质量，以下就建筑桩基础工程检测中的低应变反射波法应用进行了探讨分析。
        1 现代建筑工程常用的桩基检测技术分析
        1.1超声波检测法。桩基检测工作中的超声波检测是一种应用最早也最为广泛的检测方法，其工作原理为：在进行桩基混凝土的灌注作业之前，应先将若干根声测管预埋到桩内，它们实际上就是超声脉冲发射与接收探头的通道，所选用的设备为超声探测仪，其可以准确的测得超声脉冲经过每一个横截面的声波参数，通过对形象的判断以及对特定的数值判定来找到桩基内砼缺陷的大小、位置以及类型，最后还会得出混凝土的强度等级和均匀性指标。采用这一方法对桩基进行检测，可以准确找到混凝土灌注桩桩身缺陷的位置、范围和性质，还可以评定出其质量等级。
        1.2低应变检测波法。低应变检测波法是在桩顶施加一个动态力（动荷载），动态力可以是瞬态冲击力或稳态激振力。桩土系统在动态力的作用下产生动态响应通过对信号的时域分析或传递函数分析，判断桩身结构完整性。并且采用这一方法来检测桩基，可以及时发现桩基存在的问题缺陷，并判定桩身的完整性类别。
        1.3钻孔抽芯法。这一检测方法主要采用的是钻孔机这一设备，其会先对需要检测的桩基进行抽芯取样的工作，根据所取出的芯样来分析和判断桩基的局部缺陷情况、持力层情况、桩底的沉渣厚度以及混凝土强度等内容，这种方法具有一定的局限性，通常只适用小范围的桩基检测工作。
        2 建筑桩基础工程检测中的低应变反射波法应用原理
        低应变反射波法的主要功能是检测混凝土强度等级定性估计、桩身缺陷位置判断等桩身结构的完整性。桩基混凝土材质坚固强度比周围地质强度要大的多，可以把桩身看做一个一维弹性杆，当桩身受到来自顶部的冲击力时，由于周围土质强度小，其端面上就会发生振动，冲击力产生的能量会以波的形式沿着桩身传播，一部分反射波向上传播到达桩顶，另一部分透射波向下传播到达桩底，反射波的幅度和相位是由桩身的波阻抗来决定的，桩顶的传感器接收到波信号并上传服务器，通过分析采集来的数据，可以知道桩身有无缺陷和缺陷程度，计算公式：Z=ρCA；Z：桩身的波阻抗；ρ：混凝土的密度；C：波在桩身的传播速度；A：桩身的截面积。由此可以看出，桩身的波阻抗和混凝土的密度、桩身的截面积有关。假如通过仪器检测此桩身，发现存在一个变化界面，分别得出变化界面的顶部和底部的波阻抗，通过对两个波阻抗的比较，得出桩基缺陷类型。当波阻抗相等时，不存在缺陷。
        3 建筑桩基础工程检测中的低应变反射波法应用分析
        3.1某建筑桩基工程概况。某高层建筑工程为32层，对其桩基进行检测，首先根据经验分析此桩基可能存在离析。然后用重锤敲击桩身，测得数值显示，在桩身1.23m处有同相反射波，在2.46m再次出现同相反射波。由此初步判断此桩基存在离析缺陷。最后应该人工挖开桩基验证检测结果的正确性，并进行修复。
        3.2常见缺陷桩。施工中工艺和材料因素都有可能影响桩基的性能，改变桩基的承载能力。

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桩基的缺陷主要表现为扩径、缩径、离析、断裂、空洞和夹泥，也不排除有的缺陷是其中两种或者多种的组合。
        3.3数据分析。分析采用低应变反应法测得的数据通常采用三种方法：滤波技术、曲线放大法、缺陷处信号重复反射分析。滤波技术是我们在施工中用到的最常见方法，它对于较小的、不严重的缺陷桩分析准确，对于大缺陷桩不适用。对于曲线放大，有两种方法可以放大，一是线性放大，它主要针对浅层小信号的放大，可以使信号量化；二是指数放大，它有时会使曲线畸变，但是它能反应缺陷程度。如果缺陷位置超过一半桩长，则对此应该仔细区分，否则会误判。
        4 建筑桩基础工程检测中的低应变反射波法应用注意事项
        4.1传感器选择及其安装的注意事项。第一、传感器的选择。相比于速度传感器，加速度传感器的低频特性好，对浅层缺陷的反应灵敏，容易检测出明显的无振荡曲线。所以，加速度传感器以其较高的灵敏度深受检测人员的喜爱，所以人们通常用加速度传感器进行低应变发射波检测桩基缺陷。第二、传感器的安装。一般尽量选择重量较小的传感器，并且传感器安装位置距离桩面尽量近，这样传递性良好，可以采集到完整精确的波形。另外，传感器的安装位置也很重要，研究表明，传感器安装在1/2R-2/3R范围内，传感器工作良好，波形传递完整，缺陷位置能很好地反应出来，不在这个范围则桩底反射不明显，缺陷位置表达的不清晰。小直径的桩身只选择一个测试点安装传感器即可，对于大的桩身或者有严重缺陷的桩身，必须选择多个测试点安装传感器，以便获得可靠信号，避免其它信号的干扰，传感器的耦合剂通常根据具体情况而定。
        4.2激振锤和锤击位置选择的注意事项。第一、激振锤的选择。激振能量的大小和力锤的外形、重量、锤击力度等多个因素有关。当锤击作用时间短时，脉冲宽度窄，所含的高频成分多，检测短桩和浅层缺陷比较可靠。当锤击时间长时，脉冲宽度宽，所含低频成分多，检测长桩和深层缺陷比较可靠。所以，针对不同的实际情况，应该选择不同的激振锤。当用不同的力锤去敲击同一个桩基时，测得的数据是不一样的。当我们监测特别大的桩身时，假如选用小的激振锤，那产生的应力波就会很小，不足以使桩身感受到足够的冲击力，我们的传感器感受到的振荡很小或者根本检测不到波的传递，此时就会造成结果的不准确。所以检测大型桩基时应该用重量大，产生波形比较宽的大铁球。当然，如果检测比较浅层的缺陷，我们可以选用频率高，重量小的小力锤，检测起来比较容易，检测的结果精确。第二、锤击位置选择。理论上锤击位置会影响检测过程，因为锤击位置不同，也就改变了传感器感应到波形的强度，所得波形不一样。但是大量实验证明，锤击位置对波形的收集影响不大，但在实际检测中应尽量符合规范要求选在桩的中心位置。
        4.3桩头处理注意事项。桩基检测有效的前提是桩头必须处理干净、平整，没有凸起和凹陷。如果桩头与混凝土之间接触不紧密，原来沿着桩身传递的应力波不会沿着原来的轨道继续传递，应力波传播方向改变就会影响反射波的方向，从而造成得到的波形不正确，造成结果误判。
        5结束语
        综上所述，低应变反射波法作为检测工程质量的重要手段，其是一种检测桩基缺陷的重要方法，具有效率高，检测结果精确，成本低等优点，在现代建筑工程建设中具有重要作用。因此必须加强对建筑桩基础工程检测中的低应变反射波法应用进行分析。
        参考文献：
        [1]朱义杰.浅析建筑工程常用桩基检测技术的原理及其应用[J].建筑发展，2017（05），712-713
        [2]曾理彬等.低应变法和高应变法在桩基检测中的结合运用及实例分析[J].江西建材.2017
        [3]陈远鹏.桩基检测中低应变反射波法的实践应用探讨[J].河南建材，2019
        [4]方聪等.低应变反射波法在建设工程桩基检测中的运用[J].建筑结构.2018