第50卷增刊建筑结构Vol.50 S2
适用性探讨*
刘佳龙，刘华清，王宝齐，孔森
（中国电力科学研究院有限公司，北京100055）
［摘要］特高压线路桩基础通常为直径在800mm以上大直径桩，低应变法在应用于特高压线路工程桩基础检测时存在一定局限性。通过现场试验分析了桩身尺寸、激振位置和测振位置对低应变法检测结果影响，探讨了低应变法对桩身缺陷识别的准确性。结果表明：特高压线路桩基础可以采用低应变法进行桩身完整性检测，其对桩长识别准确性较高，对桩身缺陷识别准确性相对声波透射法低。改变激振位置和测振位置会对桩身波速产生影响，桩身波速随激振点与测振点间距增大而增大。激振位置和测振位置的选择不必拘泥于国内外有关规范的规定，可根据现场实际情况灵活选择。研究成果可以为低应变法用于特高压线路工程桩基础检测提供参考和借鉴。 ［关键词］特高压输电线路工程；桩基础；低应变法；基桩检测
中图分类号：TU473文献标识码：A 文章编号：1002-848X(2020)S2-0701-05
Study on the applicability of low strain method for pile foundation testing of
ultra-high voltage transmission lines
LIU Jialong, LIU Huaqing, WANG Baoqi, KONG Sen
(China Electric Power Research Institute, Beijing 100055, China)
Abstract:The low strain method has some limitations when applied to the pile foundation inspection of ultra-high voltage (UHV) line projects, as pile foundations are usually 800mm in diameter or larger. Through the field test analysis of the pile body size, excitation position and location of vibration measurement on the low strain detection results, to discuss the accuracy of the low strain method of pile body defect identification. The results show that the low strain method can be used for pile integrity testing of UHV line pile foundations, and its accuracy is higher for pile length identification and lower for pile defects identification than the acoustic transmission method. The pile body wave speed increases with the distance between the excitation point and the survey point. The choice of excitation position and survey position need not be limited by the relevant domestic and international specifications, but can be chosen flexibly according to the actual situation. The research results can be used for the low strain method for ultra-high voltage line engineering pile foundation testing to pro
vide reference and reference.
Keywords: UHV transmission line project; pile foundation; low strain integrity test; pile testing technology
0 引言
近年来，特高压工程作为国家“新基建”工程重点方向发展迅速，桩基础由于其适用性强、承载能力好、机械化程度高等特点，已成为特高压线路工程中最主要的基础形式[1-2]。特高压输电线路桩基础施工具有明显的行业特点[3]，跨越区域广、距离长、沿途地形地貌和地质条件差异大，施工现场分散且受地形、地质、运输条件等限制和影响，其成桩环境复杂，成桩质量控制难度大，为确保电网安全稳定运行，需对成桩质量进行检测。低应变法具有操作简单、过程短暂、检测成本低等优点[4]，已在建筑行业广泛应用，但其用于特高压线路桩基础检测受到限制。由于特高压线路基础桩径较大而桩长较短，采用低应变法检测时主要影响因素是尺寸效应的影响。
国内外相关标准在考虑尺寸效应后对桩身尺寸和锤击方式作了相关规定[5-7]，但略有不同。《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）对桩身尺寸作了硬性规定，规定低应变法用于直径不大于800mm的小直径桩检测，然而，特高压线路桩基础通常为直径在800mm以上大直径短粗桩。《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）未对桩身尺寸作硬性规定，条文说明中强调指出低应变法成
立的前提是瞬态激励脉冲有效高频分量
* 中国电力科学研究院创新基金项目资助（GC83-19-006）。
作者简介：刘佳龙，硕士，工程师，Email:********************.。
702 建筑结构2020年
的波长与杆的横向尺寸之比不宜小于10，在锤击方式上采用了陈凡等[8]的研究成果，认为将激振点选择在桩中心，测振点在2/3半径处时尺寸效应影响最小；此外，美国相标准ASTM D5882未对桩身尺寸作出要求，对锤击方式的规定与《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）有所不同，ASTM D5882规定测振点的位置应远离桩边缘，主张在一般情况下把测振点放在实心桩的中心而把激振点安排在离测振点小于300mm的范围内[9]。从以上规定可以看出，各标准对桩身尺寸和锤击方式要求不尽相同，低应变法应用于特高压线路桩基础检测时可靠性存疑。
本文通过选取现场典型实际案例，分析了桩身尺寸、激振位置和测振位置对低应变法检测结果影响，探讨了低应变法对桩身缺陷识别的准确性，可以为低应变法用于特高压线路桩基础检测提供参考和借鉴，进一步提高其可靠性。
1 桩身尺寸对低应变法检测结果影响分析
低应变法用于特高压线路桩基础检测的限制条件主要是桩径过大、长径比过小。为研究桩身尺寸对低应变法试验结果影响，通过声波透射法检测选取桩身混凝土浇筑质量均匀、完整性为I类、桩径为1.2，1.8m和2.4m的3根不同桩径和长径比的基桩进行低应变法检测，试验方案见表1。
不同桩身尺寸低应变法试验方案表1
图1~3为低应变法检测参数设定值与试验结果。右上角为信号分析时采用的增强参数或滤波参数，MA为指数放大，MD为放大延迟，LE为桩长，WS为波速，LO为低通滤波，HO为高通滤波，PV为旋转率，T1为起始时刻。
在进行信号特征分析时，均未对桩身波形使用指数放大。信号特征显示均有明显桩底反射，
图1 N1098A低应变法检测信号
金蝉养殖吧图2 N1070A低应变法检测信号
图3 N1067B低应变法检测信号
且在桩底前无缺陷反射波，根据信号特征均可以判定为I类桩，与声波透射法检测结果一致。
从试验结果可以看出，当桩径为2.4m，长径比为6时，低应变法仍可以获得质量较高信号，说明低应变法可以应用于大直径桩基础桩身完整性检测。
2 激振位置和测振位置对检测结果影响案例分析
为研究激振位置和测振位置对低应变法试验结果影响，通过声波透射法检测选取桩身混凝土浇筑质量
均匀、完整性为I类桩的基础N1067-B （桩长14.5m，桩径2.4m）对其进行低应变法试验，为尽量避开地脚螺栓影响，除序号4外，激振位置和测振位置连线与一侧地脚螺栓连线垂直，序号1~2根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2014）规定开展试验，序号3~7根据ASTM D5882规定开展试验，激振位置和测振位置略有调整，激振位置和测振位置见图4，试验方案和检测结果见表2。
在进行信号特征分析时，均未对桩身波形使用指数放大。采用0.5kg普通手锤和橡胶锤垫时，
图4 不同激振位置和测振位置示意图/mm
第50卷增刊建筑结构703 不同激振位置和测振位置低应变法试验方案表2
低应变动测仪无法测试到信号，序号1采用0.5kg 普通手锤直接敲击。从图5可知，信号波形“毛刺”现象十分严重，分析认为主要是由于普通手锤重量较轻，其冲击产生的入射波脉冲较窄，含高频成分较多，在叠加大直径桩三维尺寸效应后，浅部信号复杂，难以通过信号特征判定桩身完整性类别。图6
为采用10kg力棒和橡胶锤垫时检测信号，桩底反射明显，2L/c时刻前无缺陷反射波。因此，当采用低应变法对大直径桩进行检测时，应选取质量较大的激振力锤。对比图6~图11可知，各信号桩底反射明显，2L/c时刻前均无缺陷反射波，信号特征基本一致，可判定为I类桩，不同激振位置和测振位置均可以获取质量较好的信号。水冷机柜
对比序号2~4（图6~8）检测结果发现，当两点间距为800mm时，桩身波速为4158m/s，而当两点间距为200mm时，桩身波速为3933m/s，波速随激振点与测振点间距增大而增大。为尽量避免激振位置和测振位置对低应变法检测结果影响，在现场检测时激振点和测振点间距应固定。
对比序号4~5（图8~9）检测结果发现，信号特征基本一致，在激振点与测振点间距相同时，激振方位不会显著影响检测结果。
序号6~7（图10~11）信号波形“毛刺”现象相较于序号2~5（图6~9）明显，在进行低应变法试验时，测振位置不宜为桩中心。
通过以上分析可知，激振位置和测振位置对低应变法检测结果影响较小，对于大直径桩，不必拘泥于检测规范对于2/3半径处进行测振的规定，检测工程师可根据现场实际情况灵活选择。-0.08
0.00
0.08
0.16
cm/s
Vel
Pile: N1067B2 - 3: # 1MA: 1.00
MD: 2.00
LE:14.50
WS: 4245
LO: 0.80
HI: 0.0
PV: 0
T1: 78 024********m
T1Toe
图5 序号1低应变法检测结果
-0.05
0.00
0.05
0.10
cm/s
Vel
Pile: N1067B1 - 1: # 7MA: 1.00
MD: 2.00
LE:14.50
WS: 4158
LO: 0.80
HI: 0.0
PV: 0
T1: 88 024********m手机天线弹片
T1Toe
图6 序号2低应变法检测结果
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0.00
0.08
0.16
cm/s
Vel
Pile: N1067B4 - 3: # 1MA: 1.00
MD: 2.00
LE:14.50
WS: 3988
LO: 0.80
HI: 0.0
PV: 0
T1: 100 024********m
T1Toe
图7 序号3低应变法检测结果
-0.13
0.00
0.13
实验室废液桶
0.25
cm/s
Vel
Pile: N1067B5 - 3: # 1MA: 1.00
MD: 2.00
LE:14.50
WS: 3933
LO: 0.80
HI: 0.0
PV: 0
T1: 97 024********m
T1Toe
图8 序号4低应变法检测结果
-0.08
0.00
0.08
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cm/s
Vel
Pile: N1067B7 - 3: # 1MA: 1.00
MD: 2.00
LE:14.50
WS: 3988
LO: 0.80
HI: 0.0
PV: 0
T1: 91 024********m
T1Toe
图9 序号5低应变法检测结果
704
建
筑结构 2020年
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cm/s
Vel
Pile: N1067B8 - 3: # 1
MA: 1.00MD: 2.00LE:14.50WS: 3910LO: 0.80HI: 0.0PV: 0T1:
100
024********m
T1Toe
图10 序号6低应变法检测结果
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cm/s
Vel
Pile: N1067B9 - 3: # 1
MA: 1.00MD: 2.00LE:14.50WS: 3902LO: 0.80HI: 0.0PV: 0T1: 100
2
4
6
8
101214m
T1
Toe
图11 序号7低应变法检测结果
3 低应变法对桩身缺陷识别准确性案例分析 为研究低应变法对桩身缺陷识别准确性，选取2个典型案例进行说明。
u型卡环案例一：某人工挖孔桩基础N041C ，设计桩长21.2m ，桩径1400mm ，采用低应变法进行检测，检测结果见图12。根据对现场多个I 类桩的桩身波速进行统计，确定该工程桩基础桩身波速平均值为4000m/s 。N041C 的信号特征显示，桩底反射波明显，桩底反射波之前无缺陷反射，但是依
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cm/s
Vel
Pile: 041C - 3: # 2
MA: 2.00MD: 2.00LE:21.20WS: 4484LO: 0.00HI: 0.0PV: 0T1: 60
05101520m
T1Toe
(a) 控制桩长计算波速
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1.20
cm/s
Vel
Pile: 041C - 3: # 2
MA: 2.00MD: 2.00LE:19.26WS: 4000LO:
0.00HI: 0.0PV: 0T1:
60
0481216m
T1Toe
(b) 控制波速计算桩长
图12 N041C 低应变法检测结果
此判定的桩身波速为4484m/s ，明显高于4000m/s 的桩身平均波速，当桩身波速按照4000m/s 计算时，实际桩长为19.26m ，小于设计桩长21.2m 。为验证低应变检测结果准确性，采用钻芯法进行验证，钻芯法取样结果见图13，混凝土芯样连续、完整、胶结好，呈长柱状，断口吻合，骨料分布均匀，芯样侧表面见少量气孔，19.35m 到桩底，19.35~19.60m 为沉渣，19.60m 以下为持力层。桩长19.35m 小于设计桩长21.2m ，钻芯法检测结果与低应变法检测结果基本一致。
图13 N041C 钻芯法取样结果
案例二：某人工挖孔桩基础N1245-D ，设计桩长10.5m ，桩径1400mm ，采用低应变法和声波透射法进行检测。低应变法检测结果见图14。根据对多个I 类桩的桩身波速进行统计，确定该工程桩基础桩身波速平均值为3600m/s 。N1245-D 的低应变信号特征显示，桩底反射波不明显，采用指数放大后确定了桩底位置，桩身波速为3135m/s ，明显低于3600m/s 的桩身平均波速，且桩底反射波之前无缺陷反射，据此判定桩身存在质量问题，但是缺陷程度和位置无法确定。
采用声波透射法检测结果见图15，信号特征显示距离桩顶6.4m~6.8m 波形严重畸变，并用钻芯法验证
了检测结果（芯样见图16），钻芯法结果显示距离桩顶6.5m~7.2m 芯样胶结不良，较破碎，缺失0.1m 芯样，此处判定为断桩。
由上述案例可知，低应变法可以对桩长进行判断，但是在有些情况下，在桩身缺陷程度和位置识别上难以达到声波透射法的准确程度。 4 结论
（1）特高压线路桩基础可以采用低应变法进行桩身完整性检测。但是其对桩身缺陷识别准确性相对声波透射法低，现场检测时应采用联合采用
第50卷 增 刊
建筑结构 705
图14 N1245-D 低应变法检测结果
图15 N1245-D 声波透射法检测结果
图16 N1245-D 钻芯法取样结果
多种检测方法进行验证，提高其检测结果可靠性。
（2）特高压线路工程中采用低应变法检测桩基础时，需采用合适重量的力棒进行敲击。激振位置和测振位置的选择不必拘泥于国内外有关规范的规定，可根据现场实际情况灵活选择。
（3）改变激振位置和测振位置会对桩身波速产生影响，桩身波速随激振点与测振点间距增大而增大。为尽量避免激振位置和测振位置对低应变法检测结果影响，同一工程在现场检测时激振点和测振点间距应固定。
参 考 文 献
一个度导航
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[6] 建筑基桩检测技术规范: JGJ 106—2014 [S]. 北京: 中
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