低应变检测不同类型波形分析

低应变检测不同类型波形分析

摘要：本文介绍了低应变检测方法的基本原理及一些基本概念，结合实际

检测过程中的几种低应变检测波形进行分析，提出了在低应变检测在实际运用中

应结合设计桩型、成桩工艺、地勘资料及施工记录等进行综合分析，以及其他检

测方法进行现场验证，为类似低应变波形提供准确判定依据。

关键词：低应变检测波形；波形分析；同向反射

0 引言

随着机械设备和施工技术不断的改进和发展，产生了各种新桩型和新工法，

为桩基础在复杂地质条件和环境条件下的应该用注入了勃勃生机。目前，桩基础

已成为了高层建筑、高速铁路、大型桥梁、深水码头和海上石油平台等采用的主

要基础形式，基桩质量也受到了工程各方的高度关注[1]。在基桩质量检测方法中，低应变法检测以速度快、费用少及覆盖广被广泛应用。

1 低应变法检测基本原理

低应变检测的理论依据为一维波动理论，即把桩身假定为均质杆件的物理模型，根据波动原理可得到下面波动方程[2]的数学模型：

（1）

式中：u为桩身质点的位移（m）；

X为桩身空间坐标变量；

t为时间坐标变量；

为桩身弹性波速（m/s）；

为桩身材质密度（kg/m3）；

为桩身材质弹性模理（MPa）

（2）

式中：为桩身截面积（m2）

（3）

式中：为桩长（m）

2 低应变检测工作程序

正式接手检测工作前，检测机构应获得委托方书面形式的委托函，以帮助了解工程概况，明确委托方意图，同时也使即将开展的检测工作进入合法轨道。应尽量避免检测工作在前，而委托在后，以免发生不必要的纠纷。低应变检测的工作程序[1]按图1进行：

图1低应变检测工作程序框图

3 实测波形分析及验证结果

3.1 某工程人工挖孔桩低应变检测波形

该工程的基桩施工工艺为人工挖孔灌注桩，桩长9-15m，桩径1.0m，混凝土设计强度等级C30；低应变检测184根桩，其中65根桩在2L/c时刻前有明显应力波低阻抗反射现象。低应变实测波形见图2：桩顶以下约5.0-7.0m左右出现明显同向反射，无桩底反射波。

图 2 A10-065号桩低应变实测波形图

为验证桩身质量，选取类似低应变波形中的13根桩进行了钻芯法验证，取芯结果：桩身混凝土质量均完好，桩长与施工桩长均吻合，桩底均无沉渣，桩端持力层均为强风化板岩。

分析：通过把具有类似低应变波形的桩在平面布置图上标注后，发现此部分桩均分布在原地势低洼处，上部为回填土。经查阅施工记录、询问现场管理人员得知，因填土区土质较松散，在人工挖桩过程中，先用砖砌护壁约20-30cm厚，再浇筑5cm厚左右混凝土护壁，穿过填土区后，下部地质情况较好，护壁厚度仅为5cm厚混凝土；此类低应变波形在2L/c时刻前有明显应力波低阻抗反射现象由人工挖孔桩护壁的外径明显变化所致。

3.2 桩身明显浅部缺陷的低应变检测波形

隆回某工地2-4号桩施工工艺为旋挖成孔灌注桩，桩长14.15m，桩径1.2m,混凝土设计强度等级C30；低应变实测波形见图3：桩顶下2m左右出现周期性反射波，无桩底反射。

图3隆回某工地2-4号桩低应变实测波形图

怀化某工地5号桩施工工艺为旋挖成孔灌注桩，桩长13.24m，桩径1.2m,混凝土设计强度等级C30；低应变实测波形见图3：桩顶下2m左右出现周期性反射波，无桩底反射。

图4怀化某工地5号桩低应变实测波形图

为验证此类波形的缺陷位置及缺陷类型，对此类低应变波形的桩进行了开挖验证，开挖结果：隆回某工地2-4号桩在1.0-2.0m处存在严重夹泥，开挖结果见图5；怀化某工地5号桩在2m多左右的位置存在裂缝，开挖结果见图6。

图5隆回某工地2-4号桩开挖验证图6怀化某工地5号桩

分析：两条低应变波形均为浅部出周期性反射波，无桩底反射，缺陷类型却不一样。隆回某工地2-4号桩的缺陷可能是由于成桩过程中操作不规范导致的桩身浅部缺陷，这类缺陷通过钻芯法验证是可以发现的；怀化某工地则可能是由于机械开挖和机械破桩头导致的断桩，这类缺陷通过钻芯法验收也是很难发现的。

3.3 钢护筒护壁旋挖灌注桩低应变检测波形

隆回某工地1-63号桩施工工艺为旋挖成孔灌注桩，桩长18.25m，桩径1.2m,混凝土设计强度等级C30；低应变实测波形见图7：桩顶下5m左右出现明显同向反射，无桩底反射波；1-76号桩施工工艺为旋挖成孔灌注桩，桩长13.95m，桩

径1.0m,混凝土设计强度等级C30；低应变实测波形见图8：桩顶下5m左右出现

明显同向反射，无桩底反射波；

图7隆回某工地1-63号桩低应变实测波形图

图8隆回某工地1-76号桩低应变实测波形图

为判别反射位置是否存在缺陷，进行了钻芯法检测验证。钻芯结果：桩身混凝土质量均完好，桩长与施工桩长均吻合，桩底均无沉渣，桩端持力层均为中风化泥质灰岩。

分析：经查阅地质资料、核对施工记录，同相反射位置为钢护筒底部，钢护筒的直径比设计要求桩径大20cm，所以桩身截面积在上部有钢护筒护壁进入到下部无钢护筒护壁段会存在一个桩身截面积由大到小的突变，形成明显的相对缩径现象，导致出现明显的同向反射。

4 结论与建议

4.1 结论

低应变检测具有操作简便、经济、时效性强等优点，在基桩完整性检测中得

到了大范围的运用。低应变检测是分析弹性波在桩身传播过程中遇到桩身阻抗发

生变化的界面处产生的反射波，从而推断桩身完整性的情况。本文分析了几种不

同类形和低应变波形所反映的桩身完整性情况，得到如下总结：

（1）同相反射的波形不一定说明桩本身存在缺陷，可能由于施工工艺导致

桩身截面突变导致低应变检测波形产生同向反射。

（2）桩身浅部缺陷最好通过开挖的方式进行验证，钻芯法验证外力引起的

桩身裂隙存在局限性。

4.2 建议

低应变波形的分析涵盖了多学科的内容，加上实际检测中的复杂性，对检测

人员水平要求较高。低应变分析本身具有多解性[3]，对桩身完整性判别属于定性

分析，实际运用中应结合设计桩型、成桩工艺、地勘资料及施工记录等进行综合

分析，以及采取其他检测方法（如钻芯法、开挖等）进行辅助验证桩身完整性；

单个波形可能存在一些偶然性，还应结合整个工程受检桩的波形特征及区域布置，寻找受检桩之间的共性来综合判断。

参考文献

[1]陈凡，徐天平，陈久照，关立军.基桩质量检测技术（第二版）.北京.中

国建

筑工业出版社

[2]祝龙根，刘利民.地基基础测试新技术[M].北京：机械工业出版社，2002

[3]王焱雄，王胜杰，朱涵成.低应变检测典型波形分析及其局限性.中国水

运.2018.18（3）

[4]张刚.不同类型低应变检测曲线有效性分析.铁道勘察.2017.05