王禹
中铁二局
摘 要：本文结合几个案例，介绍了低应变检测技术在桩基完整性检测中的注意事项及其缺陷判定方法。
关键词：低应变法 桩基完整性 缺陷
一、概述
桩基质量检测技术主要有直接检测和间接检测两种：直接检测主要包括静载试验和钻芯法，间接检测主要包括低应变法、高应变法和声波透射法。其中，低应变法检测相对于桩基的其他检测方法更加简便、快捷。
低应变法检测，具有仪器轻便、基桩信息采集快速、测试成本低廉、检测耗时短、对桩身无损等优点,因此在桩基质量检测中应用最为广泛。低应变法主要用于检查基桩桩身完整性,能够根据反射波形判断出基桩的扩径、缩径、离析、裂缝、断桩等桩身可能存在的异常及大概位置等。
一般地，由混凝土、CFG等刚性材料形成的，与其周围介质存在显著声学差异的的桩，均可用低应变法进行完整性检测判断。
二、低应变法检测的历史
20世纪70年代初，A.G.Davis、J.Stenbach和E.Vey分别提出了机械阻抗法和应力波传播法在桩基无损检测中的传播理论，为桩基低应变法检测桩基完整性奠定了理论基础。20世纪80年代，国内外同时又相继研究和发展了各种激振式的动力测桩法，低应变法检测桩基完整性因此而逐步发展。直到现在，低应变法检测也因为其经济便捷的优势已经成为了桩基完整性检测的主要方法。
三、低应变法检测的原理简介
一般我们将基桩检测工作中的桩近似地看作一维弹性均质杆件，因为一维弹性杆件的波动理论与基桩检测中的敲击激发方式相符合。基桩检测中，利用激振锤撞击桩体时所产生的反射信号，被桩头传感器传送给动测仪，再经计算机对这些信号进行分析，我们便能以此作为对桩身质量的判断依据。简介原理如图1
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四、低应变法检测前的准备工作
对于基桩的低应变检测，除了按照相应检测技术规范准备外，还需注意以下内容：
（1）敲击工具的选择：力棒敲击能激发宽脉冲，它激发出的波穿透能力较强，但判别能力稍差，适宜于较长的基桩；手锤敲击能激发窄脉冲，它激发出的波穿透能力较弱，但判别能力较强，适宜于较短的基桩。此外，合理地利用宽窄脉冲的特性也能为桩基检测的分析做出正确的判断，例如用宽脉冲分析不到较长桩基的桩头止梁时，则可利用窄脉冲对桩头进行特定分析。
（2）实心桩中激振点与测量传感器安装位置的选择：当基桩直径小于500mm时，激振点位置宜选在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处，取3个图形判定基桩完整性；当基桩直径大于800mm时，激振点则宜选在距桩中心2/3处，测量传感器安装位置宜选在桩中心，取4个图形进行判定；当桩径介于500mm与800mm之间时，则按情况选择适合的位置。
（3）反射波在混凝土中传播速度的选择：反射波在基桩中传播路径为，从激振点出发到桩底再反射会桩顶被接收，波速公式可以表示为：c=2L/ΔT（c——反射波在混凝土中的传播速度，L——基桩桩长，ΔT反射波在基桩中从激振到被接收的时间）,其中ΔT为检测出的定值，我们就需要设定c或L来确定L或c是否异常。L一般通过查看施工记录可以得到，c则是根据经验判定，如表1。
表1 反射波在各种等级混凝土中的传播速度经验图
混凝土强度 ＜C20 C20 C25 C30 C35 ＞C35
反射波在混凝土中的传播速度(m/s) ＜2700 2700～3500 3500～3700 3700～4100 4100～4500 ＞4500
五、低应变法检测基桩的实例图形浅析
按照规范，我们对桩身低应变检测结果的完整性判定分为四类，方法如下：
Ⅰ类桩：桩身完整；
Ⅱ类桩：桩身有轻微缺陷，但不影响桩身结构承载力的正常发挥；
Ⅲ类桩：桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有显著影响；
Ⅳ类桩：桩身存在严重缺陷，不能用于工程使用。
经过多年的低应变法检测桩基的完整性的试验，现特列出以下基桩的反射波形来具体分析：
（1）完整桩
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图例为四川省凉山州甘洛县某电力新建工程的人工挖孔灌注桩，混凝土采用强制式搅拌机搅拌，桩号：T10B-3，桩径：1.5m，施工桩长：14.0m，混凝土等级：C30，实测反射波波速：4000m/s，判定：基桩完整，为Ⅰ类桩。说明：该桩桩底有明显的反射波形，且在固定的施工桩长时，反射波波速符合表1的经验速度值。
（2）扩径桩
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图例为四川省眉山市青神县某电力新建工程的人工挖孔灌注桩，混凝土采用商品混凝土，桩号：N3C，桩径：1.0m，施工桩长：10.0m，混凝土等级：C30，实测反射波波速：3780m/s，判定：该桩在1.5m位置有扩径，但不影响基桩使用且有较明显的桩底反射波，故为Ⅰ类桩。查阅该桩施工日志，发现在1.5m处掏挖过大，导致波形反映出扩径状态。说明：当波形图上出现与桩头波形反相的完整波形时，可以判断此位置有扩径现象。
（3）缩径桩
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图例为四川省凉山州德昌县某电力新建工程的人工挖孔灌注桩，混凝土采用强制式搅拌机搅拌，桩号：N18C，桩径：1.0m，施工桩长：9.5m，混凝土等级：C25，实测反射波波速：3520m/s，判定：该桩在2.7m位置有轻微缩径，由于不严重影响基桩使用且桩底反射波明显故定为Ⅱ类桩。经现场掏挖发现，该桩在2.5m处有缩径情况。说明：缩径桩和离析桩的反射波波形都与桩头反射波波形同相，但是基桩缩径情况下，波形一般只会存在一个半的完整波形，而基桩离析情况时，波形大多会连续出现多个完整波形。
（4）离析桩
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图例为四川省凉山州甘洛县某电力新建工程的人工挖孔灌注桩，混凝土采用强制式搅拌机搅拌，桩号：N11B，桩径：1.0m，施工桩长：7.5m，混凝土等级：C30，判定：由于不能明确判定桩底信号，我们假定该桩反射波波速为3800m/s，则该桩在0.6m位置有离析情况，判为Ⅲ类桩。经现场掏挖发现，该桩在0.5m处有严重离析情况。说明：低应变检测基桩遇到离析情况时，缺陷的波形与桩顶反射波同相，但后续波形不稳定，因为离析部分反射波紊乱叠加，此种情况也极易导致桩底信号不明显。
（5）裂缝桩
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图例为四川省凉山州德昌县某电力新建工程的人工挖孔扩口灌注桩，混凝土采用强制式搅拌机搅拌，桩号：N40B，桩径：0.8m，施工桩长：5.5m，混凝土等级：C25，实测反射波波速：3460m/s，判定：该桩在2.3m位置有裂纹，不影响基桩使用，为Ⅱ类桩。经现场掏挖发现，该桩在2.5m处有轻微裂缝情况。说明：当基桩检测中遇到反射波形与桩头同相且未至桩底时，可初步判定为基桩出现离析、缩径、裂纹状态，其中裂纹反映出的反射波形的波峰较离析与缩径要尖锐许多。
（6）断桩
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图例为四川省阿坝州阿坝县某电力新建工程的人工挖孔灌注桩，混凝土采用强制式搅拌机搅拌，桩号：N47C，桩径：1.0m，施工桩长：8.5m，混凝土等级：C30，判定：由于不能明确判定桩底信号，我们假定该桩反射波波速为3800m/s，则该桩在2.4m位置后一直重复着2.4m位置波形，违背阻尼曲线的规律，因此判定为该桩出现断桩情况，属于Ⅳ类桩。经现场掏挖发现，该桩在2.5m处被人为填充毛石导致断桩现象，给基桩质量带来严重影响。说明：当反射波形图上出现重复的波形且违背阻尼曲线规律的波形时，就得倍加注意，因为这种情况可能是基桩断裂的表现。
六、低应变法检测的局限性
（1）不适合检测顶端非自由状态的基桩
当基桩桩顶有构筑物时，不宜用低应变法检测，因为此时的基桩状态违背了一维杆理论的边界条件（顶端自由状态）。
（2）不适合检测桩身短且桩径大的基桩
桩身短且桩径大的基桩，不满足桩长远大于桩径的检测条件，跟一维杆理论有较大偏离。当桩身长度小于10m且桩径大于2m时，激振基桩后，横波较多，会影响桩底和缺陷的判定，影响检测结果。
（3）对嵌岩桩的检测不准确
对于嵌岩桩，激振基桩产生的反射波传至与混凝土性质相似的岩石时，可能继续传播，因而造成桩底波形不明显，易造成只有首波的现象。
（4）对有多个缺陷的基桩判断不准确
当基桩有多个缺陷时，接收到的反射波会互相叠加产生干扰，对实际缺陷的判断带来很大的难度。
七、总结
在追求经济效率的当下，低应变法由于其经济快捷的特点成为了桩基检测中备受青睐的一项检测技术。然而，低应变法检测桩基由于环境地质的不稳定、人为分析经验的不足等不良因素导致许多桩基的误判。所以在未来的桩基检测中，希望我们能互相交流经验，得到更能反应桩基内部真实情况的准确判断，此外，低应变法检测桩基完整性还是有很多局限，我们应当结合其他检测方法谨慎求证，为我国的建设事业把好质量关，为建筑工程的长久运转尽一份绵力。