浅谈桥梁低应变基桩检测技术实践

浅谈桥梁低应变基桩检测技术实
践
关键词：桩基检测；低应变检测；无损检测；检测技术
1.工程概况
杭州市九堡大桥南接线工程设计范围北起钱塘江南岸的滨江一路，南至机场快速路以南。

工程全线采用高架+地面道路方案。

高架为双向六车道城市快速路，主线标准段宽度为
25m，匝道标准段宽度为8m。

九堡大桥南接线所在区域地形平坦，自然地面高程在4.91～8.18m之间，沿线大部分为农居及农田。

地貌为钱塘江冲海积平原，其中鸿达路以北区域属现代江滩围垦区。

为了保证桩基工程质量，拟对桩基工程进行检测，具体检测项目为基桩低应变法测试；基桩埋管超声检测。

2.低应变基桩检测原理
本工程通过采用基桩低应变(反射波法)无破损动力检测桩身完整性，估测桩长，仪器选用中科院武汉力土研究所
FDP204PDA,武汉岩土星科技开发PDS-PDA型桩基动测仪，并选用与之配套的记录装置进行数据信号的录制。

检测严格按参照国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)、浙江省《基桩低应变动力技术检测规程》(DBJ 10-4-98)执行。

为了准确地得出基桩试验结果，采取低应变试验的桩头应凿去浮浆，露出密实混凝土或清理干净桩头浮土，同时提供所测桩的施工记录资料及相关的地质资料。

反射波法的检测原理是以一维弹性杆件的应力波理论为基础的。

由一维波动理论可知，应力波从一种介质向另一种介质传播时，其波阻抗比N、反射系数F为：论文代写
N＝(ρ1V1A1)/(ρ2V2A2)
F=(1-N)/(1+N)
式中：ρ—桩身材料(砼)密度(kN/m3)；Vc—桩中应力波传播速度(m/s)； A—桩身的横截面积(m2)。

由于应力波的反射是由材料的波阻抗比发生变化而引起的，故由上式可知，若桩身介质密度ρ或桩身横载面A发生变化时，则会使入射波产生反射。

测试时，在桩顶锤激力的作用下，产生一弹性压缩波，此波以波速Vc沿桩身向下传播，当遇到桩身截面变化或者桩身介质密度变化时，入射波将产生反射和透射，反射信号由安装在桩顶的检波器接收，通过桩基动测仪采集信号，再送到微机由多功能专用软件进行综合分析，根据处理后的时域波形图和频谱图，则可判断桩身是否有缺陷及缺陷的类型、位置和缺陷程度，由桩端反射波到达检波器的时间ΔT可算出桩身介质的波速。

从低应变的检测实践表明，通常有两种情况波阻抗发生变化，一是桩端与持力层的界面，另一是桩身存在的缺陷。

如缩颈、扩颈、离析、蜂窝、断桩等。

桩身介质的波速Vc和桩身缺陷的深度Li，分别按下列公式计算：
Vc=2×L/ΔT ；Li＝0.5×Vcm×ΔTi
式中：L—桩长(m)；Vc—基桩桩身材料的波速(m/s)；Vcm—同一工地内桩身材料的平均波速(m/s)；ΔTi—桩身缺陷Li部位的反射波到达时间(s)。

桩身完整性分析宜以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合施工情况、岩土工程勘察资料和波型特征等因素进行综合分析确定，检测原理见图5。

图1 低应变反射波法检测原理图
3.低应变基桩检测技术
3.1 低应变反射波法检测方法和仪器
图2 低应变测试示意图
本次基桩检测依据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106－2003)中有关规定进行，基桩低应变检测是用传感器在桩顶接收桩底及桩间的反射波信息，运用多通道数字滤波、指数放大、数字频谱分析等高新技术，提高了信噪比，保证了测试结果的可靠性。

本次对该工程受检基桩进行的低应变检测所用仪器是——中科院武汉力土研究所FDP204PDA,武汉岩土星科技开发PDS-PDA型桩基动测仪，所用传感器为加速度计SV-7型，所有激振力均用专用力棒和激振力锤敲击产生。

检测系统包括信号采集及处理仪、传感器、激振设备和专用附件。

对于检测采用的信号采集及处理仪应当具备一定条件。

数据采集装置的模-数转换器不得低于12bit，采样间隔宜为10～500μs,可调，单通道采样点不少于1024点，放大器增益宜大于60dB，可调，线性度良好，其频响范围应满足5Hz～5kHz。

传感器宜选用压电式加速度传感器或磁电式速度传感器，频响曲线的有效范围应覆盖整个测试信号的频带范围。

加速度传感器的电压灵敏度应大于100mV/g，电荷灵敏度应大于20PC/g，上限频率不应小于5kHz，安装谐振频率不应小于6kHz，量程应大于100g。

速度传感器的固有谐振频率不应大于30Hz，灵敏度应大于200mV/cm·s-1，上限频率不应小于1.5kHz，安装谐振频率不应小于1.5kHz。

代写论文
根据桩型和检测目的，激振设备采用不同材质和质量的力锤或力棒，以获得所需的激振频率和能量。

配置结构合理且稳定的敲击锤，敲击锤主要用来产生桩头力信号的首脉冲，敲击锤的重量、形状以及锤头的材料质地等对测试结果都将产生重大的影响。

敲击锤的重量一般为1～1.2kg，锤手柄不宜太长，以避免强烈的手震感，更重要的是确保锤下落到桩顶时，
锤头与桩顶面垂直。

力锤头部的材料不同，会对首脉冲的宽度产生影响。

实践表明，钢锤产生的脉冲信号尖而高，可获得较精确的桩顶入射波的起始点，对判定桩身浅部缺陷也较有利，其缺陷是较易激励出许多含有高频成分的表面波；四氟乙烯塑料锤激励出的信号较适中，但传递的能量较小，深(长)桩的桩底反射较弱；尼龙锤的激励信号较四氟乙烯塑料锤要尖一些，也易产生少许高频成分。

应视现场桩的长度、混凝土强度以及缺陷深度而选择不同的锤型。

应配置不同介质(尼龙、工程塑料、钢质、木质等)的敲击锤。

敲击锤的另一种形式是力棒，力棒较之敲击锤有其独特的优点，它有激励能量大，力作用线易于控制，且不受桩头上部钢筋笼的困扰。

3.2 低应变反射波法现场检测
检测前测试人员应会同设计、甲方、监理人员，参考施工记录、现场工作日志，明确被检测桩号。

同时为了有效地确保检测信号能有效、清楚地反映桩身的完整性信息。

根据现场实际情况选择合适的激振设备、传感器及检测仪，检查测试系统各部分之间是否连接良好，确认整个测试系统处于正常工作状态。