低应变基桩完整性检测基本原理与应用

基桩低应变检测方法及在工程检测中的运用胡俊辉发布时间：2023-06-22T02:00:42.199Z 来源：《中国建设信息化》2023年7期作者：胡俊辉[导读] 改革后，我国的科学技术水平在社会发展的影响下不断进步。

现阶段，低应变检测是桩基检测中最重要的方法之一，总结了桩基础低应变检测的基本原理。

该方法通过瞬态激振施加瞬态冲击，测定桩基础顶部加速度或者速度的响应程度，给出了低应变检测的方法。

在对现场进行仔细勘察的基础上，通过反射波对桩身质量进行检测，通过数据采集设备得到应力波在桩身中传播后反射到桩顶的数据信息，分析判定基桩桩身完整性。

结合蓝山示范性中学建设工程项目，分析了该方法的适用性，检测结果表明，序号为4、10、13的桩身存在轻微缺陷，其余桩身均完整。

云南铠昕工程检测有限公司云南省 650217摘要：改革后，我国的科学技术水平在社会发展的影响下不断进步。

现阶段，低应变检测是桩基检测中最重要的方法之一，总结了桩基础低应变检测的基本原理。

该方法通过瞬态激振施加瞬态冲击，测定桩基础顶部加速度或者速度的响应程度，给出了低应变检测的方法。

在对现场进行仔细勘察的基础上，通过反射波对桩身质量进行检测，通过数据采集设备得到应力波在桩身中传播后反射到桩顶的数据信息，分析判定基桩桩身完整性。

结合蓝山示范性中学建设工程项目，分析了该方法的适用性，检测结果表明，序号为4、10、13的桩身存在轻微缺陷，其余桩身均完整。

关键词：基桩；低应变法；桩基础引言低应变法在工程检测中主要应用于判别桩身缺陷及位置，评价桩身的完整性。

桩基础工程属于深基础结构的一种，抗震性能好，易实现机械化、工业化，被广泛应用于建筑中。

由于桩身埋置于土层中，检测相对复杂，低应变法利用波的传播很好地解决了这一问题。

桩将上部结构荷载传递到土层中，起到承上启下的作用，桩身质量好坏直接决定了上部结构的安全与否。

根据成桩工艺不同，桩分为灌注桩和预制桩。

灌注桩的常见问题有断桩、离析、缩颈及钻孔质量。

1 桩基完整性（低应变试验）1.1一般规定：（1）低应变反射波法适用围为：混凝土灌注桩、混凝土预制桩、预应力管桩及CFG 桩。

（2）对桩身截面多变且变化幅度较大灌注桩，应采用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性。

（3）受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不应低于15MPa 。

1.2检测原理：低应变法目前国普遍采用低应变反射波法，为狭义低应变法，其通过采用瞬态冲击的方式（瞬态激振），实测桩顶加速度或速度响应曲线，以一维线弹性杆件模型为依据，采用一维波动理论分析判定基桩的桩身完整性。

因此基桩必须符合一维波动理论要求，满足平截面假定和一维线弹性杆件模型要求，一般要求其桩长远大于直径即长径比大于5或瞬态激励有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比大于5。

1.3检测方法及工艺要求（1）检测前的准备工作a 受检基桩混凝土强度至少达到设计强度的70％，或期龄不少于14天时方可报检。

b 施工单位填写报检表，经监理工程师签字确认后，至少提前2天提交给现场检测人员。

c 施工单位向检测单位提供基桩工程相关参数和资料。

d 检测前，施工单位做好以下准备工作：①剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。

②要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本相同。

③灌注桩要凿去桩顶浮浆或松散破损部分，并露出坚硬的混凝土表面。

④桩顶表面平整干净且无积水。

⑤实心桩的第三方位置打磨出直径约10cm 的平面，平面保证水平，不要带斜坡；在距桩第三方2/3半径处，对称布置打磨2～4处（具体见图1），直径约为6cm 的平面，打磨面应平顺光洁密实图2 不同桩径对应打磨点数及位置示意图0.8m<D≤1.25m D≤0.8m图2 不同桩径对应打磨点数及位置示意图⑥当桩头与垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，会对测试信号产生影响。

因此，测试前应将桩头侧面与断层断开。

⑦准备黄油1～2包，作为测试耦合剂用。

⑧在基坑检测，应提前将基坑水抽干，并搭设好梯子，便于上下。

建筑基桩低应变检测技术建筑基桩低应变检测技术是一种用于评估基桩动态特性的方法。

该技术通过分析基桩在受到动态荷载作用时的应变响应，来评估基桩的质量和稳定性。

在建筑基桩的设计和施工过程中，低应变检测技术起到了重要的作用，可以帮助工程师确定合适的基桩长度和直径，以及确保基桩能够承受预期的荷载。

一、建筑基桩低应变检测技术的原理建筑基桩低应变检测技术基于应力-应变关系原理。

当基桩受到动态荷载作用时，会产生应变。

通过在基桩上安装应变片，可以测量基桩的应变响应。

根据应力-应变关系，可以通过测量到的应变值来计算基桩的应力水平。

通过分析应力水平与基桩长度和直径的关系，可以评估基桩的质量和稳定性。

二、建筑基桩低应变检测技术的方法建筑基桩低应变检测技术通常包括以下几个步骤：1. 基桩准备：在进行低应变检测之前，需要将基桩表面清理干净，去除污垢和油渍，确保应变片能够良好粘贴。

2. 应变片安装：在基桩上按照一定间距安装应变片。

应变片的安装位置通常选择在基桩的顶部、中部和底部，以评估基桩沿长度方向的应力分布。

3. 动态荷载施加：通过使用激振器或者其他激振设备，对基桩施加动态荷载。

动态荷载的频率和幅值根据基桩的设计和施工要求进行调整。

4. 应变测量：在动态荷载作用下，使用应变仪测量基桩上的应变值。

应变仪可以实时记录应变值的变化，并进行数据采集和分析。

5. 数据处理和分析：通过分析测量到的应变值，可以计算出基桩的应力水平。

根据应力水平与基桩长度和直径的关系，可以评估基桩的质量和稳定性。

三、建筑基桩低应变检测技术的应用建筑基桩低应变检测技术在建筑基桩的设计和施工过程中起到了重要的作用。

通过低应变检测，可以评估基桩的质量和稳定性，确定合适的基桩长度和直径，以及确保基桩能够承受预期的荷载。

低应变检测技术还可以用于监测基桩在使用过程中的性能变化。

通过定期进行低应变检测，可以及时发现基桩的损伤和变形，并进行修复和加固，确保基桩的安全和可靠。

低应变反射波法检测基桩完整性的原理及应用邢 蕾（北京铁路局科研所）摘要：本文简要地介绍了低应变反射波法的基本原理、检测方法以及桩身质量评定方法，并列举几个工程实例。

关键词：低应变反射波法 动测 基桩 完整性 缺陷1前言随着现代工业和建筑业的迅速发展，桩基础得到了越来越广泛的应用，在施工和工程作用上有其不可替代的优越性。

但是，桩基础是一种隐蔽工程，其质量无法直接观察，如果桩基础存在缺陷就会造成质量事故。

按照国家《建筑桩基技术规范》中的规定：“对于一级建筑桩基和地址条件复杂或成桩质量可靠性较低的桩基工程，应进行成桩质量检测。

”通过检测可以发现桩基础存在的质量问题。

目前国内常用的基桩检测方法主要有：静载试验、钻芯法、低应变法、高应变法与声波透射法，而低应变法一般包括动力参数法、机械阻抗法、锤击贯入法、瞬态时域分析法等。

瞬态时域分析法也称之为反射波法，是目前国内外普遍采用的一种籍一维波动理论分析来判定基桩桩身完整性的方法。

该方法的主要特点是：设备简单、操作方便、检测快捷以及费用低廉，是桩基质量普查的主要方法之一。

2反射波法的基本原理工程中绝大部分桩体都具有桩长远大于桩径这一特点，故应力波反射法是把桩当成连续均质的弹性杆，研究桩顶在动态力作用下弹性杆内质点的纵向波动，以一维波动理论为基础分析桩土体系动态响应规律。

在桩顶用手锤或力锤、力棒等激振工具敲击，由此产生振动以波的形式沿桩身以波速向下传播，应力波通过缩颈、夹异物，混凝土离析或扩颈等存在质量问题的部位时，其质量变化界面的桩阻抗C 是纵波波速）是截面积、是桩的材料密度、其中C A AC Z Z ρρ,(=发生变化。

一部分应力波产生反射向上传播至桩顶，另一部分应力波产生透射向下传播至桩端，在桩端处又产生反射。

由安装在桩顶的加速度或速度传感器接收反射波信号，经测桩仪进行信号放大等处理后，得到加速度或速度时程曲线。

根据曲线的形态特征所表示的阻抗变化位置，判定缺陷的位置和性质等并校核桩长。

桩基检测方法和原理一、低应变反射波法检测1、基本流程低应变检测一般首先进行，以了解试验前桩身的完整性。

进行低应变试验前通知委托方或现场监理工程师，经批准后进场进行试验，操作步骤参考如下：⑴传感器安装面预处理；⑵安装传感器；⑶调整仪器进入接受状态；⑷检查信号、存储信号；⑸重复观测确定信号一致性；⑹改变锤击位置及接受位置，重新观测；⑺对异常桩重点对待。

每批桩低应变试验结束后及时进行分析。

对有问题的桩应及时将分析结果通知监理或委托方。

2、低应变检测原理低应变完整性检测是根据应力波在不同波阻抗和不同约束条件下传播特性来判别桩身质量。

具体方法是：试验时将传感器紧密粘贴在被测桩头上，在桩身顶部用力棒（或力锤）进行竖向激振，产生应力波；应力波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗差异界面或桩身截面积发生变化时将产生反射信息，经接收、放大、和滤波后记录在基桩检测仪内；然后用电子计算机对记录数据（反射信息）进行处理，结合施工工艺、地层等综合分析，识别来自桩身不同部位的反射信息，据此反射信息对基桩的施工质量进行判释。

二、高应变承载力检测1、基本流程根据试验要求高应变测试应在单桩竖向抗压静载试验完成前进行，高应变试验前通知委托方或现场监理工程师，经批准后进场进行试验检测，操作步骤参考如下：⑴传感器安装面预处理；⑵重锤就位；⑶在仪器监控下安装应力、加速度传感器；⑷调整仪器进入接受状态；⑸按预定高度起吊重锤，接受操作员指挥，使重锤自动脱钩；⑹仪器操作员检查采集信号、工作人员检查传感器；⑺根据操作人员意见重复上述(5)、(6)项，或进行下一根桩的试验工作，重复(1)～(7)步。

直至全部试验结束。

对有问题的桩应及时将分析结果通知监理或委托方。

2、高应变检测原理高应变动力试验是用重锤冲击桩顶，使桩土间产生相对位移，实测桩顶力和加速度的时程曲线，通过波动方程分析法拟合计算单桩的极限承载力。

资料主要分析步骤：①正确选取信号，确定波速平均值；②假定桩和土的力学模型，根据勘察报告和施工记录选定计算模型的初始参数；③利用实测的加速度曲线作为输入的边界条件，通过波动方程数学求解，反算桩顶的力曲线；④如果计算的曲线与实测的曲线不吻合，说明假定的模型及参数不合理，有针对性地调整桩土模型及参数；⑤、根据调整后的桩土模型及参数再行计算，直至计算曲线与实测曲线的吻合程度良好，且难以进一步改善为止。

实验报告课程：桩基检测与评定题目：低应变检测桩身完整性与桩基超声波透射法院系：土木工程系专业：年级：姓名：指导教师：西南交通大学峨眉校区2012 年7 月 1 日基 桩 反 射 波 法 试 验检 测 报 告一．基本原理基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播。

当桩身存在明显波阻抗Z 变化的截面将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z 变化决定。

桩身波阻抗Z 由桩的横截面积A 、桩身材料密度ρ等决定即Z=A C ⋅⋅ρ。

假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面，界面上部波阻抗1Z =111A C ρ，上部波阻抗2Z =222A C ρ①当1Z =2Z 时，表示桩截面均匀，无缺陷。

②当1Z >2Z 时，表示在相应位置存在缩径或砼质量较差等缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致。

③当1Z <2Z 时，表示在相应位置存在扩径，反射波与入射波速度信号相位相反。

当桩身存在缺陷时，根据缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值△t 和桩身传播速度C 来推算缺陷位置Lx=△t ²C/2二．现场检测大致流程是用力锤对桩顶作瞬态激振，以产生脉冲应力波，由设置在桩顶的加速度传感器接收入射波和反射波信号，该信号经电荷放大后，经桩基分析系统处理，根据反射波的时差，相位和幅值即可判断桩身的缺陷位置、类型及程度。

传感器的安装对现场信号的采集影响较大，理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大，传递特性越好，测试信号也越接近桩面的质点振动。

对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心2/3～3/4半径处；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。

传感器的安装必须通过藕合剂垂直与桩面粘接，此次实验使用的是经口加工的口香糖。

桩基完整性(低应变试验)试验方法1.1 基础完整性检测（低应变试验）1.1.1 适用范围低应变反射波法适用于混凝土灌注桩、混凝土预制桩、预应力管桩和CFG桩。

对于桩身截面多变且变化幅度较大的灌注桩，应采用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性。

受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70％，且不应低于15MPa。

1.1.2 检测原理低应变反射波法是目前国内普遍采用的低应变法。

它通过采用瞬态冲击的方式（瞬态激振），实测桩顶加速度或速度响应曲线，以一维线弹性杆件模型为依据，采用一维波动理论分析判定基桩的桩身完整性。

因此，基桩必须符合一维波动理论要求，满足平截面假定和一维线弹性杆件模型要求。

一般要求其桩长远大于直径即长径比大于5或瞬态激励有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比大于5.1.1.3 检测方法及工艺要求1.1.3.1 检测前的准备工作a。

受检基桩混凝土强度至少达到设计强度的70％，或期龄不少于14天时方可报检。

b。

施工单位填写报检表，经监理工程师签字确认后，至少提前2天提交给现场检测人员。

c。

施工单位向检测单位提供基桩工程相关参数和资料。

d。

检测前，施工单位需做好以下准备工作：1.剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。

2.要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本相同。

3.灌注桩要凿去桩顶浮浆或松散破损部分，并露出坚硬的混凝土表面。

4.桩顶表面平整干净且无积水。

5.实心桩的第三方位置打磨出直径约10cm的平面，平面保证水平，不要带斜坡；在距桩第三方2/3半径处，对称布置打磨2～4处（具体见图1），直径约为6cm的平面，打磨面应平顺光洁密实。

6.当桩头与垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，会对测试信号产生影响。

因此，测试前应将桩头侧面与断层断开。

7.准备黄油1～2包，作为测试耦合剂用。

8.在基坑内检测，应提前将基坑内水抽干，并搭设好梯子，便于上下。

e。

搜集受检桩的相关技术资料，包括工程概况、基桩的设计参数、场地的工程地质资料以及施工记录情况。

浅谈低应变反射波法检测基桩完整性近年来，随着波动理论的的深入研究和电子技术，计算机技术的迅速提高以及微型便携机的大量普及，反射波法诊断桩身完整性技术取得了很大的发展和日益广泛的应用。

该方法能够有效的判断桩身的局部缺陷。

是一种经济、轻便、高效的桩基完整性检测手段。

低应变反射波法源于应力波理论，基本原理是在桩顶进行竖向激振，使桩中产生应力波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗界面（如桩底、断裂或离析、夹泥等部位）或桩身截面积变化（如缩颈或扩径）部位，将产生反射波，利用特定的仪器设备经接收、放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。

通过对反射信息进行分析计算，来判断桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及其位置。

反射波法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置，它属于快速普查桩身质量的一种方法，由于其具有检测速度快、费用低和检测覆盖面广的优点，它已成为基桩完整性检测中应用最为广泛的方法。

反射波法在实际应用中存在许多问题应引起注意和重视，否则将对基桩完整性检测的效果产生较大的影响。

笔者根据多年来现场及室内工作经验，现将日常低应变检测中常见的几个注意事项总结如下：一、桩头处理在低应变反射波法现场信号采集工作中，桩头处理的好坏关系到测试是否能够成功的重要因素，也是测试前需要准备的关键性步骤。

在实际工程中，往往由于破桩头不到位，桩顶面存在浮浆或低强度混凝土，此外，在破桩头时很容易使桩顶混凝土出现裂纹或疏松、破碎，有时桩头被水或淤泥等覆盖，所以在检测时必须对桩顶面进行处理，但在大多情况下，很多测试工作人员忽略了这一点，结果无论怎么改变传感器及其安装位置或激振方式，始终得不到理想的信号曲线。

因此，桩头应为达到设计标高的有效桩头，必须凿去表面浮浆，处理到有新鲜含骨料的混凝土为止，且桩头不能破碎，含水，不能有杂物，要尽量保证桩头干净，平整。

这可以通过随身携带凿子以凿平安装点和锤击点或委托施工方在测试前用电砂轮打磨4至5个小平面，这样有利于传感器的安装和力棒的锤击。

大小应变检测
小应变检测也称为低应变动力检测，它是相对对大应变动力检测而言的。

原理：
低应动力变检测常用在桩基完整性检测中，基本原理：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。

小应变的理论基础是一维应力波理论，基本原理是用小锤冲击桩顶，通过粘结在桩顶的传感器接受来自桩中的应力波信号，采用应力波理论来研究桩土体系的动态响应，反演分析实测速度信号，获得桩的完整性。

一维应力波理论有一个重要的假设即平截面假设，即假设力和速度只是深度和时间的函数。

小应变的理论基础是一维应力波理论，基本原理是用小锤冲击桩顶，通过粘结在桩顶的传感器接受来自桩中的应力波信号，采用应力波理论来研究桩土体系的动态响应，反演分析实测速度信号，获得桩的完整性。

一维应力波理论有一个重要的假设即平截面假设，即假设力和速度只是深度和时间的函数。

运用：低应变检测在基桩检测中的应用
大应变检测用重锤冲击桩顶，实测桩顶部的速度和力时程曲线，通过波动理论分析，对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。