低应变反射波法在桥梁工程桩基检测中的运用研究

摘  要：当前桩基础已成为现代工程中应用最广泛的基础类型之一，其中混凝土灌注桩在公路桥梁中被广泛使用。混凝土灌注桩一般为地下作业，或水下作业，其施工具有连续性，质量监测及控制存在一定难度，极易出现沉渣、断桩、缩颈等缺陷，因此对工程质量影响较大。低应变反射波法是一种效率高、成本低的无损检测技术，将其应用到桥梁工程桩基检测中可大大提升检测效率，保证检测质量。基于此，本文主要简述了低应变反射波法在桥梁工程桩基检测中的运用，以期为工程应用提供参考。

关键词：低应变反射波法;检测原理;桥梁桩基

中图分类号：U445.551    文献标识码：A       文章编号：1671-2064（2020）07-0000-00

0 引言

据统计，桩基施工中桩身质量缺陷概率达到20%。当前，我国每年用桩量多达百万根，桩基造价高，其在工程总造价中所占比例约1/4以上。因此，如何做好桩基施工质量控制成为一项重要工作。随着科技水平的不断进步，各种先进的检测技术被广泛运用到各大桩基工程建设中。低应变桩基检测法是一种无损检测技术，是我国现阶段桩基整体性能有效判断的重要方法，其在保证桩身完整性的同时，还能准确判断桩基本身缺陷的类型、位置及损坏程度，同时还能检查桩的长度，估算桩体混凝土强度，因此，在桥梁工程桩基检测中开展低应变反射波法应用研究具有重要意义。[1]

1 低应变反射波法检测原理

目前，我国已形成了一套系统、成熟的检测原理，低应变反射波法在应用过程中，测试桩在顶部的垂直震动将转化为特定的应力波，能量已纵向弹性波沿桩身弹性波传播，在此过程中其桩身变化明显，且会促使波在阻抗界面出现较大差异，例如扩大或减少速度与相应波幅等。[2]将锤击对应的反射波波形与传感器安装位置桩的顶部反射信号相结合，按照处理结果的反射波计算桩身不同位置弹性波传播速度，并参考地质信息、施工记录等，准确判断桩的缺陷类型，并统计估算桩基混凝土的强度等级、桩长度等。

2 工程概况

某桥梁工程全长887.46 m，全宽35.5 m，为上、下行分离式断面。桥梁设计桩基234根，桩径分为两类，即1.2 m、1.5 m，桩长分为2类，即7.0 m、29.0 m，混凝土设计强度等级为C25。在做好前期考察调研工作的基础上，与地质勘察报告等工程技术资料结合，按照设计要求，决定采用低应变反射波法对本桥梁桩基工程进行完整性检测。

3 桩基低应变反射波现场检测分析

3.1 前期准备

作为一门具有较强实践性的应用技术，桩基检测技术必须做好检测前期准备工作，如资料收集、检测方案的完整性、仪器参数设置等，这样才能保证获取的桩基检测反射曲线及评定结果准确。每一个项目都具有独特性，且属于不可复制的个体，任何一种桩基检测方法都不可以适用于全部工程项目，因此，在检测前，必须按照桩基础的工程地质情况、施工工艺等选择适合的检测方法，这就要求检测前做好各项准备工作，收集相关资料。例如，试验检测前，应掌握桩的类型、桩直径、混凝土强度、工程地质条件等相关资料。[3]

3.2 仪器设备选定

桩基分析仪是桩基检测仪器的重点，是反射过程中检测信号收集、计算和处理反射波的主要设备，根据工程设计要求，本工程采用PIT测桩仪，其特点为体积小、重量轻、高信噪比等。

3.3 检测时间的确定

为保证桩底反射信号清晰、准确，不宜太早测试桩基础，根据现行技术规程，检测桩的桩身混凝土强度应达到70%或不得低于15 MPa，此时检测具有较高精度。该工程检测时间定为成桩14天之后。

3.4 参数的设置

采样频率会对信号的时域、频域分析的准确性造成直接影響，检测时需设置信号采样频率。频率设置合理，才能保证检测精度，提升时域分析的准确性。但有些时候，为了提升分析精度，往往会增加采样频率，这种情况下势必会带来一些问题，例如频域分析精度和采样频率为反比，若依旧选择较高的采样频率，频域分析很可能无法满足需求。因此，在采样频率设置时，必须经过合理的分析、对比，保证数值设置的合理性。根据工程实际情况，为本工程桩身混凝土强度为C25，估算波速为3700 m/s，设1000 Hz为采样频率，80 dB为放大增益，0.5%为长期变化量，滤波频率设为可调。[4]

3.5 桩头的处理

在低应变反射波桩基检测中，桩头处理是否满足规定极为关键，直接影响波形采集的准确性，甚至关乎测试结果的准确性，原因在于振动产生于桩头顶部。在桩头处理中，需做到以下几点：

（1）桩顶开凿到新鲜混凝土，磨平桩顶四个均匀分布的测点，测点与钢筋的间距不应低于15 cm。

（2）桩顶可测量出完整的桩截面尺寸。

（3）桩顶干燥、清洁，无污染，不得接触水或其他杂质。

（4）若基坑设有垫层，相比垫层高度，桩顶可高出10～15 cm，确保露出垫层至桩顶外径在桩径设计值以上，如图1所示。

3.6 激振点选择

不得随意设置激振点，避免对入射波垂直传播造成不利影响，或对信息来源产生干扰。根据现行技术规程，一般可在实心桩桩底中心进行激震，若为空心桩，则设置于1/2壁厚位置。此外，激振点位置和传感器安装点、测试桩中心点之间的夹角必须在90°以上。混凝土灌注桩桩径在1000 mm以下，设置不低于2个测点;若桩径在1000 mm以上，则测点设置不得低于4个。为获取最佳曲线，本工程设4个以上监测点。[5]

3.7 传感器安装

传感器安装时，结合工程实际情况，在距离桩心2/3R处安装传感器，在桩中心周围设激振点，以橡皮泥耦合作为粘结方式。

3.8 现场检测

检测前，需做好现场仪器设备的详细检查工作，保证设备安装到位，保證仪器工作状态良好。桩基检测时，应尽可能减小干扰，尤其是震动干扰、机电干扰等，若在震动过程中，周围一起的震源将很容易和其本身震源叠加，对检测曲线的正常规律造成很大影响。待各项检测工作结束后，即可进行试验及分析。

3.9 数据处理与分析

在对PIT分析软件的研究中发现，滤波时用小波分析获取的结果更能反映桩身的实际质量情况，随后，利用高通滤波对小波分析进行补充，通过这种分析方式，可获取更接近理论波形的特征曲线，并为桩身质量评价提供可靠依据。基于此，本文低应变反射波桩基检测中决定选用小波分析结合高通滤波的分析方式。

根据工程实际情况，本次检测桩基234根，其中233根为I类桩，1根为II类桩，并未发现III类桩、IV类桩，桩基完整性可达到规定要求，图2、图3为部分实测曲线。[6]

图2  L20-2号桩基检测曲线

图2为桥梁L20-2号桩，桩径1.50 m，桩长14.13 m，滤波结果过滤掉了原始波形中的一些噪音干扰，已将非桩自身因素的影响排除，为评定结果的准确性，提供了良好的检测依据。由图2可见，该桩号桩身曲线平滑，未见奇异点，桩底反射清晰，桩完整性好，属于I类桩。

图3  L0-2号桩基检测曲线

图3为桥梁L0-2号桩，桩径1.20 m，桩长20.00 m。通过分析可知，检测曲线已做滤波处理，但依旧存有奇异点，可初步判定该位置桩存有缺陷，结合地质勘察报告，原地面土质情况如下：①粉土填土0～1 m厚;②粉土1～6 m厚;③卵石6～10 m厚;④强风化砾岩10～22 m厚;⑤强风化粘土岩22～28.4 m厚;⑥强风化砾岩28.4～29.6 m厚。

该桩号选择旋挖钻成孔，钻孔过程中未见异常。随后利用“小波+高通滤波”方式分析，实测中，可见4 m位置存在轻微扩径缺陷，其原因在于粉土层产生了扩孔。在8.1 m位置存在缩颈缺陷，原因在于混凝土灌注施工中，卵石层产生塌孔。基于4 m位置扩径并不会影响检测曲线，且8.1 m位置缩颈严重程度较轻，且桩身连续，基本上可达到设计要求，可判定L0-2号桩基为II桩。

4 结语

综上所述，作为我国基础设施建设的重点项目，桥梁工程是公路建设体系的重要组成部分，提高桥梁桩基检测水平，不仅能够保证桩基质量，还能保证工程安全。低应变反射波法是桥梁工程桩基检测的一种常用无损检测技术，其特点为高效、成本低、便捷等。为此，在检测中，必须重视检测方法的合理选用，提高检测准确性。

参考文献

[1] 游海南.桩基检测中低应变反射波法的实践应用[J].江西建材，2014（8）：97-97+99.

[2] 鞠峰.桩基检测中低应变反射波法的应用剖析[J].建筑工程技术与设计，2019（9）：3635.

[3] 章松.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].建筑工程技术与设计，2017，（22）：108-108+100.

[4] 蓝云辉.建筑工程桩基检测中低应变反射波法的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2015，5（27）：1798-1799.

[5] 胡靖.低应变反射波法在某桩基工程检测中的应用[J].四川建材，2015，（2）：116-117.

[6] 朱小娟.论基桩低应变法检测技术的应用[J].建筑工程技术与设计，2014，（28）：38.

收稿日期：2019-10-05

作者简介：郑龙（1988—），男，甘肃宁县人，本科，工程师，研究方向：交通工程。

Research on Application of Low Strain Reflected Wave Method in Pile Foundation Detection of Bridge Engineering

ZHENG Long

（Henan Transportation Science and Technology Research Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou Henan  450000）

Abstract： Pile foundation is one of the most widely used foundation types in modern engineering， especially concrete cast-in-place pile is widely used in highway Bridges. Generally， concrete cast-in-place piles are operated underground or under water. The construction is continuous， and the quality monitoring and control are difficult. Defects such as sediment， pile breaking and neck shrinking are easy to occur， which have a great impact on the project quality. The low strain reflected wave method is a kind of high efficiency and low cost nondestructive testing.Based on this， this article mainly briefly introduces the application of low-strain reflected wave method in the detection of pile foundation of bridge engineering， in order to provide a reference for engineering application.