![低应变法基桩桩身完整性检测[1]](https://imgs-1438308264.cos.ap-hongkong.myqcloud.com/2455ab0dbb68a98271fefab4.webp)
基桩完整性检测（低应变法）1适用范围本作业指导书适用于基桩完整性现场检测。
2 执行标准JTG- F81-01-2004《公路工程基桩动测技术规程》3仪器设备基桩动测仪。
4检测目的检测桩身缺陷位置及影响程度，判定桩身完整性类别。
5资料收集在检测前，应该收集以下资料：1.工程名称、桥梁名称及平面布置图；2.建设、设计施工及监理单位名称；3.基桩的设计桩长、桩径、混凝土强度等级、桩顶及桩底标高；4.施工记录等相关资料；6现场检测6.1检测前准备工作应符合下列规定：1、被检工程应进行工程调查，搜集其工程地质资料、基桩设计图纸和施工记录、监理日志等，了解施工工艺及施工过程中出现的异常情况。
2、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。
3、桩顶应凿至新鲜混凝土面，并用打磨机将测点和激振点磨平。
4、应测量并记录桩顶截面尺寸5、混凝土灌注柱的检测宜在成柱14d以后进行。
6、打入或静压式顶制桩的检测应在相邻桩打完后进行。
6.2传感器安装应符合下列规定：1、传感器的安装可采用石膏、黄油、橡皮泥等耦合剂，粘结应牢固，并与桩顶面垂直。
2、对混凝土灌注桩，传感器宜安装在距桩中心12-2/3半径处，且距离桩的主筋不宜小于50mm。
当桩径不大于1000mm时不宜少于2个测点；当桩径大于1000mm时不宜少于4个测点。
3、对混凝土预制桩当边长不大于600mm时不宜少于2个测点；当边长大于600mm时不宜少于3个测点。
4、对预应力混凝土管桩不应少于2个测点。
6.3激振时应符合下列定：1、混凝土灌注桩、混凝土预桩的激振点宜在桩顶中心部位；预应力混凝土管桩的激振点和传感器安装点与桩中心连线的夹角不应小于45o。
2、激振和激振参数宜通过现场对比试验选定。
短桩或浅部缺陷桩的检测宜采用轻锤短脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺陷的桩宜采用重锤宽脉冲激振，也可采用不同的锤垫来调整激振脉冲宽度。
R E A L E S T A T E G U I D E |85低应变法桩身完整性检测波速与桩身混凝土抗压强度的关系研究齐鹏辉 (北京环安工程检测有限责任公司 北京 100020)[摘 要] 低应变法㊁声波透射法等,是基桩完整性检测常用检测方法㊂基桩施工质量受混凝土强度㊁材质㊁施工工艺等因素影响,其中混凝土的实际强度是影响桩身完整性检测波速值的重要因素,桩身的实际混凝土强度因养护条件㊁龄期㊁工艺影响,给桩身完整性类别的判定带来一定程度上的困扰㊂本文主要论述低应变法与桩身混凝土抗压强度之间的相对关系,同时对低应变法与声波透射法桩身完整性检测波速值之间的关系进行了说明;通过低应变法桩身完整性检测波速与桩身混凝土抗压强度的关系研究,为基桩施工质量检测判定提供科学㊁可靠的依据㊂[关键词] 基桩完整性检测;混凝土抗压强度;低应变法;声波透射法;波速[中图分类号]T U 473.16 [文献标识码]A [文章编号]1009-4563(2023)08-085-03在工程建设中,桩基础具有承载力高㊁弹性压缩变形小㊁良好的稳定性及抗震性等优点,尤其在我国软土地区得到广泛应用㊂低应变法㊁声波透射法桩身完整性检测具有经济㊁快捷㊁可靠等特点,能够科学㊁客观地反映桩基的施工质量㊂基桩波速测试值与混凝土抗压强度之间有一定的关联性㊂在基桩工程桩身完整性检测时,受检桩波速存在超出混凝土抗压强度合理范围,更有甚者检测波速值出现明显不合理的情况,而检测时的混凝土实际强度又难以用简便方法予以确认,为更好地对基桩质量做出科学㊁有效的评价,充分理解波速测试值与混凝土抗压强度之间相对关系显得尤为重要㊂1 检测方法简介根据介质质点的振动方向与传播方向相对关系将波分为横波㊁纵波㊁面波等,纵波是质点的振动方向与传播方向一致的波,主要涉及的参数有振幅㊁频率㊁周期㊁波长㊂低应变法运用的是纵波在桩身混凝土中传播㊂低应变法桩身完整性检测以一维连续弹性杆平面应力波波动理论为基础,当低频纵波在桩身传播过程中,遇到波阻抗差异界面将产生反射,不同的阻抗界面性质产生不同的信号特征,通过对时域及频域曲线进行综合分析,最终确定桩身完整性㊂波阻抗Z 受混凝土密度ρ㊁横截面尺寸A ㊁波速V 的影响,即波阻抗为Z =ρC A ,检测波速计算V=2L /t (L 为基桩施工桩长;t 为传播时间)㊂声波透射法桩身完整性检测工作是通过发射换能器发射超声脉冲,脉冲信号在被测介质(灌注桩)中传播发生绕射㊁折射㊁多次反射及衰减,使接收声学信号(时间㊁振动幅度㊁波形㊁主频等)发生变化,接收换能器接收到的信号反应传播介质(即被测桩身混凝土)的声学信息㊂2 影响波速的主要因素弹性波波速在混凝土中传播主要受波的类型(横波㊁纵波等)㊁介质特性(弹性模量㊁密度㊁泊松比)㊁边界条件因素影响㊂低应变法㊁声波透射法基桩的桩身完整性检测均为弹性波,低应变法频率为几百至几千赫兹,声波透射法频率一般为几十千赫兹;基桩的混凝土介质特性受弹性模量㊁泊松比㊁密度的影响,弹性模量越大㊁泊松比越大㊁密度越小,其波速值越大;检测方法的理论模型的边界条件与波本身的波长比值对波速有一定规律的影响㊂不同边界条件下,沿纵波传播方向垂直横截面尺寸与波长的比值增大,其波速值越大㊂在垂直于纵波传播方向的横截面上,横截面几何尺寸用a ˑb 表示,纵波波长为λ,当同一介质中当a ㊁b 均远大于λ时,边界条件可视为无限大,此时波速最高;当一个几何尺寸远小于λ,另外一边的尺寸大于λ时,边界条件视为薄板,其波速值小于无限大边界条件下的波速;当a ㊁b 均远小于λ时,边界条件可视为一维杆件,此时波速最小㊂低应变法的理论模型为一维连续弹性杆,波速V p 可根据下列公式确定㊂V p =EρE 为混凝土弹性模量;ρ为混凝土密度㊂声波透射法桩身完整检测弹性波在混凝土中传播可视为三维空间,边界条件为无限大,波速V p '可根据下列公式确定㊂V p '=Eρˑ1-μ(1+μ)ˑ(1-2μ)μ为混凝土泊松比(一般取值0.2.0.3)㊂由于混凝土泊松比一般为0.2.0.3,则1-μ(1+μ)ˑ(1-2μ)>1,即低应变法测试波速值V p 小于声波透射法桩测试波速值V p'㊂当在同一工况下,钢筋混凝土桩低应变法与声波透射法波速之间存在以下关系㊂V p '=V p ˑ1-μ(1+μ)ˑ(1-2μ)3 混凝土抗压强度测试基桩混凝土抗压强度现场检测通常采用回弹法㊁超声回弹综合法㊁钻芯法等㊂回弹法是一种无损检测混凝土强度方法,通过回弹仪对混凝土表面的强度进行检测,由于混凝土表面硬度与抗压强度存在一定相关性,结合碳化深度测试结果进而确定其混凝土强度值,其测定强度为推定值,精度相对不高㊂该方法检测主要适用于普通混凝土抗压强度检测,不适用表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土和特种成型工艺制作的混凝土检测㊂超声回弹综合法采用超声仪和回弹仪,在基桩混凝土86 |R E A L E S T A T E G U I D E同一测区分别测量波速值和回弹值,通过修正后的波速㊁回弹值建立测强公式推算测区混凝土强度的一种无损检测方法㊂该方法虽然解决了单一物理指标评价局限性,提高了结果的准确性,但混凝土自身材质㊁均匀性的差异,导致弹性波的离散,不能较好地建立波速与强度之间的关系(f c =A V b R c)㊂钻芯法是一种局部破损的桩身混凝土强度检测方法,通过钻机钻取桩身混凝土芯样,通过无限抗压强度试验确定混凝土芯样试件抗压强度检测值㊂该方法检测混凝土强度准确度高,由于对原有结构造成局部破坏㊁检测效率低等原因,常作为一种补充㊁验证检测方法㊂4 混凝土抗压强度与纵波波速的相对关系目前被广泛认可的观点为:因混凝土龄期㊁养护环境㊁配合比㊁施工工艺等的差异性,波速与混凝土抗压强度整体趋势呈正向,在此状态下尚不能建立明确的公式关联;当在同一工况下,根据波动理论其波速与混凝土抗压强度的关系可由下式表示㊂f =4.18e 0.49VV 为桩身混凝土纵波波速;f 为混凝土抗压强度㊂在实际检测工作中,混凝土龄期直接影响到混凝土抗压强度,不同行业检测规范也对低应变法㊁声波透射法桩身完整性检测的基桩龄期㊁混凝土最低强度作出相应的规定㊂由于实际工况的不同,混凝土施工龄期与混凝土抗压强度间的相对关系差异性较大,但也有一定的规律可循,一般可用下列公式进行预估判定㊂f '=f 28l og n28f '为检测实施时混凝土抗压强度;f 28为预估或已确定的28天混凝土抗压强度;n 为检测实施时混凝土龄期㊂混凝土抗压强度受影响因素较多,通过大量数据统计混凝土抗压强度等级相对低应变法纵波波速范围参考值见下表㊂混凝土抗压强度等级相对应波速范围参考值表混凝土强度等级C 15C 20C 25C 30C 35ȡC 40波速范围值(m /s )2500~31003000~35003500~38003700~40003900~42004100~4500根据混凝土抗压强度与纵波波速的相对关系,可以建立科学㊁有效的低应变数据分析流程㊂5 实际工程案例分析某建筑工程,基础采用钢筋混凝土灌注桩,桩基设计参数:桩径800mm ,混凝土强度等级C 30,有效桩长28.50m ㊂设计要求通过对该工程灌注桩进行低应变法㊁声波透射法进行完整性检测㊂根据基桩完整性检测结果,受检桩中存在测试波速值较低以及桩底局部严重离析情况,为进一步明确检测结果的准确性,选取5根有代表性的基桩进行钻芯法验证性试验,并对钻芯芯样进行无侧限抗压强度测试㊂5根桩中1#~4#桩施工龄期均大于28天,5#桩施工龄期为5天㊂验证性试验桩结果如下表㊂钻芯法验证试验桩结果桩号低应变法桩身波速测试值(m /s)声波透射法桩身波速平均值(m /s)钻芯法桩身完整性验证说明1#39684126Ⅰ类2#39654125Ⅰ类3#40264183Ⅰ类4#44214084(不含桩身缺陷区域)Ⅳ类桩钻芯法结果表明距桩底标高以上2.9m 范围为沉渣缺陷R E A L E S T A T E G U I D E |875#34653712Ⅰ类芯样抗压强度23.2M P a,混凝土强度尚未达到C 30;低应变法㊁声波透射法测试波速值均较低㊂钻芯法桩身完整性试验结果:确定了各桩的实际有效桩长㊁严重缺陷位置以及混凝土无侧限抗压强度㊂依据试验结果,可通过低应变法㊁声波透射法测试波速值以及钻芯试件无侧限抗压强度值,建立桩身混凝土抗压强度与波速之间的相互关系,见下表㊂桩身完整性检结果及波速换算表|桩号低应变法桩身波速测试值(m /s)声波透射法桩身实测波速平均值(m /s)依据低应变法桩身波速换算声波透射法桩身波速平均值(m /s)混凝土芯样试件抗压强度检测值(M P a)低应变法波速混凝土抗压强度的换算值σ=4.18e 0.49V(M P a)1#39684126418331.829.22#39654115417930.729.23#40264183424432.030.14#44214084(不含桩身缺陷区域)466030.536.55#34653712365223.222.8根据桩身完整性检结果及波速的换算,分析如下㊂(1)1#~3#桩均为Ⅰ类桩㊂纵波波速均在混凝土强度等级相对应波速参考值范围;实测声波透射法桩身波速平均值与边界条件换算的声波透射法桩身波速值基本一致;芯样混凝土抗压强度与低应变法波速换算混凝土抗压强度值一致性较好㊂(2)4#桩为Ⅳ类桩㊂声波透射法检测结果为距桩底标高以上2.9m 范围内声学参数严重异常;钻芯法试验结果为距桩底标高以上2.9m 范围内为沉渣缺陷㊂声波透射法测试结果中剔除严重缺陷段,其平均波速值与1#~3#桩波速值基本一致,低应变法桩身波速换算声波透射法桩身波速平均值与其相差较大㊂低应变法波速换算混凝土抗压强度值与混凝土试件抗压强度存在较大偏差㊂低应变法检测结果曲线虽然波形形态正常㊁桩底反射信号明显,但波速4421m /s 远超出C 30正常波速范围,验证试验表明低应变法测试纵波波速为异常值㊂4#桩仅通过低应变法进行桩身完整判定时,其测试波形形态㊁桩底反射信号不能完全反映桩基施工质量,应更全面考虑测试波速值合理性,进而给予合理的判定结果㊂(3)5#桩为Ⅰ类桩㊂由于实施桩身完整性检测时施工龄期为5天,未达到混凝土设计强度值,低应变法桩身波速㊁声波透射法桩身实测波速值明显低于其他受检桩,实测低应变法桩身波速值在混凝土试件抗压强度对应的波速范围值内㊂实测声波透射法桩身波速平均值与边界条件换算的声波透射法桩身波速值基本一致;芯样混凝土抗压强度与低应变法波速换算混凝土抗压强度值一致性较好㊂通过以上工程实例结果表明:同一工况下低应变法㊁声波透射法波速之间的关系换算,符合纵波在介质中传播的边界条件理论;低应变法检测波速换算混凝土强度值与混凝土芯样试件抗压强度值一致性较好,其换算关系对强度值的估算具有较高的参考价值,对异常波速测试值的合理性提供了可靠理论依据㊂结束语低应变法桩身完整性检测是一种高效㊁快捷㊁可靠的基桩施工质量的试验方法,桩身完整性类别需依据实际工况并结合测试应力波参数进行综合判定㊂桩身完整性类别判定时,若仅依据各行业标准方法中规定的 完整性判定表 ,即域信号特征㊁幅频信号特征(测试波形形态㊁桩底反射信号等信息)进行判定,对标准中的规定理解不够透彻而忽略波速值对结果判定的影响,很可能得到错误的判定结果㊂充分考虑波速值与混凝土强度之间的相互关系,通过波速与混凝土强度之间的换算可有效验证低应变法波速值的合理性,为综合判定基桩桩身完整性提供更加科学有效的依据㊂波速值与混凝土强度之间关系的建立能够提高检测技术人员对低应变法检测波速值的认识,更客观地对桩基工程施工质量进行评价㊂参考文献[1] J G J 106-2014,建筑基桩检测技术规范[S ].[2] J G J /T 23-2011,回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S ].[3] 陈凡,徐天平,陈久照,关立军.基桩质量检测技术[M ].第二版,北京:中国建筑工业出版社,2014.。
