桥梁桩基检测低应变检测技术应用

罗水源、刘兵兵

（江西省交通运输科学研究院有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

桥梁是重要的交通基础设施，其桩基质量状况直接影响桥梁的安全性和承载能力。在桩基工程中，低应变检测技术是一种先进的非破坏性评估方法，通过在桩体中施加低应变载荷并捕捉反射波信号，评估桩基的完整性和质量状况。该技术能够检测桩体中的缺陷、裂缝、变形等问题，并提供有关桩基质量的定量和定性信息。通过分析反射波信号的振幅、时间延迟和频谱特征，可以判断桩基的健康状况、质量问题和承载能力。

1 桥梁桩基检测低应变检测技术

低应变检测技术是一种用于评估桥梁桩基质量的非破坏性检测方法。它基于材料的弹性性质和反射波的传播规律，可通过检测材料中的微小变形来评估桩基的完整性和质量状况。该技术主要应用于检测桥梁桩基的缺陷、夹泥、裂缝等问题，能够提供准确的质量评估结果，为工程建设决策提供依据。

低应变检测技术的基本原理是通过施加外力或激振，使桩体发生微小的变形，通过传感器捕捉反射波的信号。这些反射波的传播速度和幅度会受到桩体质量的影响，可以通过分析这些信号评估桩基的完整性和质量情况。进行低应变检测时，需要考虑多种因素的影响，如桩体的材料性质、尺寸、深度和周围地质环境等。在检测过程中，需要准确施加外力或激振，并确保传感器与桩体的良好接触，以获取准确的反射波信号。此外，需要结合实际工程情况，合理设置检测点位和间距，以覆盖整个桩基检测范围[1]。

2 案例分析

2.1 工程概况

低应变反射波法作为超声波方法的辅助手段，已广泛应用于我国桥梁工程建设中。它是一种常用的质量检测技术，能够满足桥梁桩基工程的检测需求，对提高桩基性能水平有积极意义。然而，由于地质条件、桩体长度、直径等因素的差异，低应变检测技术应用中存在一定的离散度，需要加强对技术参数的分析，以保证检测效果的准确性。

选取某桥梁工程项目中的11 根桩基进行检测，并分析检测数据。该桥梁工程项目的地质条件较为复杂，岩石风化程度严重，周边土质条件差异较大。这些因素对低应变反射波法的检测过程产生了较大影响，容易导致检测精度不合格等问题。所选的11 根桩基为摩擦桩、旋挖机桩和钻孔灌注桩，其长度在16～40m 之间，直径在1200～1800mm 之间，混凝土采用的是C30 材料。具体桩基信息如表1 所示。

表1 桩基信息

2.2 检测结果

经检测 和评定，确定了1 号、2 号、3 号、4 号、6 号和11 号桩为Ⅰ类桩，5 号桩为Ⅱ类桩，9 号和10 号桩为Ⅲ类桩，7 号和8 号桩为Ⅳ类桩。选择具有代表性的桩基进行评定，并采用低应变反射波法对桩基质量进行判定和分析。在1 号桩的检测中，观察到了明显的反射信号，并在1.5m 深度的位置出现了缩径信号，混凝土的波速相对较低，基本上可以确定出现了缩径问题。通过后续验证分析，发现该位置的桩头在扩径后逐渐恢复到正常的桩径，这种情况也被称为“大头桩”。混凝土的波速略低于正常范围，主要是因桩体长度稍微超过了设计长度尺寸[2]。

对6 号桩进行检测时，并未观察到明显的反射信号，也没有发现任何缺陷问题，混凝土的波速处于正常范围内。然而，该桩的桩体长度较长且直径较大，在低应变反射波法检测过程中，很难快速准确捕捉桩底的反射波。为了确保检测的准确度，可以采用重型尼龙锤等方法进行激振处理，以获取窄脉冲低幅度波信号。从该检测结果的分析中发现，在桩体长度较长的情况下，检测精度受到较大影响。

为了解决这一问题，可以采用其他超声波透射法进行补充检测。例如，在5 号桩的检测中，发现桩底没有明显的反射信号，但在深度8.7m 位置上出现了缩径信号，混凝土的波速在正常范围内。然而，通过超声波透射法的反复检测，发现8.7m 位置的桩体处于正常状态，而在12.3m 处出现了离析问题。经进一步分析，出现应变反射波缩径信号主要是由于桩身在8.7m 以上出现了渐变扩径情况，之后桩径恢复到原有直径，而在12.3m 位置并未出现离析的病害问题。5 号桩低应变反射波波形如图1 所示。

图1 5 号桩低应变反射波波形

对9 号桩进行检测时，观察到了轻微的反射信号，且在13.6m 和21.8m 位置出现了明显的缩径信号，而波速处于正常范围内。应用超声波透射法进行复核检测时，发现13.6m 和21.8m 位置存在异常，且9m 处的PSD 值未能达到正常状态。初步判断表明，13.6m位置出现了夹泥现象，而9m 位置存在离析问题。此外，应用超声波透射法进行检测时，发现在1.8m 深度处的声速和波幅未能达到临界值，出现异常变化，而22.5m 位置存在夹泥的情况。分析上述结果，发现两种检测方法之间存在较大差异。对于7 号桩，应用低应变反射波法未观察到明显的反射信号，但在17.5m深度出现了明显的缩径信号，混凝土的波速处于正常范围。然而，在超声波透射法检测中，发现28.6m 位置存在夹泥情况。经过对该检测结果的全面分析，发现低应变反射波法的数据偏差较大，尤其是在严重病害问题的准确判定上存在困难，容易导致质量事故，不利于质量监督和管控[3-4]。

2.3 有效检测桩长分析

在桥梁桩基检测过程中，桩体长度通常是已知的参数，通过设计方案即可确定。但是很多桥梁工程项目在建设中受到地质条件、施工环境以及人为操作等各方面因素影响，实际桩体长度和设计方案存在一定的偏差，造成桩底反射波速发生较大的变化，会对质量判定和分析产生不利的影响。如果在具体的检测环节，通过完整桩体长度的波速平均值反算桩体长度，计算结果很有可能超出原始设计桩长10%左右，偏差较为明显。因此，通常不宜采用低应变反射波法进行桩体长度测量，容易出现数据较大偏差。

分析表2 数据可知，实际桩体长度由超声波透射法检测进行确定，准确度相对较高。在该测量的环节，5、6 号桩的长度在39.5m 以上，桩底已经没有反射信号，在不考虑地质条件因素的影响下，可以确定低应变反射波法不能应用在长度超过39.5m 的桩体测定中[5]。

表2 有效检测桩长分析

2.4 检测结果准确性分析

选择5～9 号桩进行检测，两种方法的数据对比如表3 所示。

通过对7 号桩的检测结果分析，发现低应变反射波法只能准确检测到较浅的缺陷，无法准确检测较深的第二个缺陷或其他更深的缺陷。

同理，分析8 号桩的检测结果时发现，桩体深度达到10.7m 时，存在夹泥缺陷，但反射信号并不明显，可靠性较差。同时，对于8 号桩的检测，发现存在多项缺陷，某种情况下低应变反射波法能够检测到第二个深度缺陷。

对比5 号和9 号桩的检测结果发现，两种检测方法存在明显差异。

经过对以上应用效果的分析，发现低应变检测结果的可靠性有待提高。因此，需要联合使用超声波检测方法，以更好地确定桥梁桩基的质量问题。

3 桥梁桩基检测低应变检测技术检测要点

第一，在桥梁桩基检测过程中，需要根据桩基的设计要求和实际情况确定合适的载荷水平，并确保施加的载荷均匀分布在桩基上，过大或过小的载荷都可能导致检测结果失真，影响评估的准确性。

第二，进行低应变检测前，需要对仪器设备进行校准。包括校准传感器的灵敏度、频率响应和时间延迟等参数，以确保检测的准确性和一致性。同时，需检查设备的工作状态和电源供应情况，确保设备正常运行。

第三，传感器的布置位置应根据桩基的具体情况来确定选择。在通常情况下，传感器应布置在桩顶、桩身和桩底等关键部位，以获取全面的反射波信号。确保传感器与桩体的贴合度良好，避免空隙或松动导致信号损失或干扰。

第四，进行低应变检测时，需要确保数据采集的准确性和完整性。在采集过程中，需注意传感器接触的稳定性和数据采集的频率。需要对采集到的数据进行合理的处理和分析，包括波形分析、频谱分析和振幅变化等，以得出对桩基质量和健康状况的评估结论。

4 结论

其一，低应变检测技术是一种常用的质量检测技术，在桥梁桩基工程中应用广泛，对提高桩基性能水平有一定的作用。

其二，在复杂的地质条件下，低应变检测技术的应用受限，容易导致检测精度不合格等问题。

其三，对于长度较长的桩体，低应变检测技术的检测精度不够准确，需要采用其他的检测方法（如超声波透射法）进行补充检测。

其四，在桩体长度与设计方案存在偏差的情况下，低应变检测技术不能准确测量桩体长度，超声波透射法的准确度更高。

综上所述，虽然低应变检测技术在桥梁桩基工程中有一定的应用前景，但检测结果会存在一定的数据偏差，可靠性不足，需要与其他检测方法联合使用，以获得更准确的结果。