低应变反射波法检测桩基

摘要：

低应变反射波以其不可替代的优势成为桩基检测中最常用的方法，但也有先天不足，本文介绍了其特点，检测原理及在工程中的应用，并对一些问题进行了探讨。

关键词：桩基，低应变反射波，桩基完整性，检测

中图分类号： TU473.1 文献标识码： A 文章编号：

以动测方法发展起来的桩身完整性检测技术是依赖于桩身及其缺陷对入射波的反应而进行间接判断的一种方法，其中低应变反射波法是工程中检测桩基完整性最常用的方法之一。在本文中将对低应变反射波法测桩的原理、特点结合工程中的应用进行详细介绍，并就低应变反射波在使用上的限制及影响因素进行简单介绍。

1、低应变反射波法测桩的特点

低应变反射波法是工程中检测桩基完整性最常用的方法之一，有其不可替代的优势，但也存在众多不足带来的误判、漏判等，给工程建设造成不利影响：

(1)反射波法的优点

仪器设备轻便，操作简单，成本低廉；检测覆盖面大，可对桩基工程进行普查；可检测桩身完整性和桩身存在的缺陷及住置，估计桩身混凝土强度、核对桩长等。

(2)反射波法的局限性

①检测桩长的限制，对于软土地区的超长桩，长径比很大，桩身阻抗与持力层阻抗匹配好，常测不到桩底反射信号。

②桩身截面阻抗渐变等时，容易造成误判。

③当桩身有两个以上缺陷时，较难判别。

④在桩身阻变小的情况下，较难判断缺陷的性质。

⑤嵌岩桩的桩底反射信号多变，容易造成误判。

2、原理

低应变反射波法是在时间域上研究分析桩的振动曲线，通常是通过对桩的瞬态激振后研究桩顶速度随时间的变化曲线，从而判断桩的质量。一般是根据反射波与入射波相位的关系，判别某一波阻抗界面的性质，这是低应变反射波法判别桩底情况及桩身缺陷的理论依据。

3、桩身混凝土强度判断应注意以下几个方面

在针对具体的测试信号进行分析时还要结合桩周土的情况及影响因素进行判断。嵌岩桩的时域曲线中桩底反射信号变化复杂，一般情况下，桩底反射信号与激励信号极性相反；但桩底混凝土与岩体阻抗相近，则桩底反射信号不明显，甚至没有；如桩底有沉渣，则有明显的同相反射信号。因此，要对照受检桩的桩型、地层条件、成桩工艺、施工情况等进行综合分析，不宜单凭测试信号定论。

4、在桥梁桩基检测中的应用

（1）工程概况

该新建桥梁基础采用钻孔灌注圆桩，测桩布置图见图1。基桩混凝土设计强度等级为C25，设计桩长18m，施工桩长16～18m，桩径1300 mm。工程桩总数为14根，检测根数12。设计持力层为中等风化片麻岩。

图1测桩平面布置示意图

(3)检测方案

每根桩在桩顶至少布置4个测点，根据相关检测规范布置测试点。

(4)仪器设备

检测所使用的仪器是专用桩基检测仪，使用的传感器是高灵敏度加速度传感器。用安装在桩顶的传感器接收由力棒激振而在桩底及桩间反射的应力波信息，运用多通道数字滤波、指数放大、数字频谱分析等高新技术，可提高测试信噪比，保证测试结果的可靠性。

(5)检测数据与处理结果

表4桩身混凝土结构完整性检测结果表

图2典型低应变桩基完整性检测分析图

(6)检测结论

本次试验共检测12根工程桩，其中Ⅰ类桩9根，占所测桩数的75%；Ⅱ类桩3根，占所测桩数的25%。据可见桩底反射统计，实测波速平均值3539.1m/s、标准差81.0 m/s、离散系数2.3%，其中最小波速3502m/s系5#-1号桩，最大波速3788 m/s、系4#-1号桩。

5、测试影响因素的探讨

①锤激振源对基桩检测信号的影响

a.锤激能量。其大小取决于锤的质量和下落速度。对大直径长桩，应选择质量大的锤或力棒，以产生主频率低、能量大的激励信号，获得较清晰的桩底反射信号，但这时桩身的微小缺陷会被掩盖。

b.锤头材料。锤头材料硬，产生的高频脉冲波有利于提高桩身缺陷的分辨率，但高频信号衰减快，不容易探测桩身深部缺陷；锤头材料软，产生的低频脉冲波，衰减慢，有利于获得桩底反射信号，但降低了桩身缺陷的分辨率。

c.脉冲宽度。小钢锤的脉冲宽度约为0.6ms，尼龙锤约为2.0ms，橡皮锤约为4.8ms。激振脉冲宽度大，有利于探测桩身的深部缺陷，但波长大于缺陷尺寸时，由于波的绕射作用，桩身内的小缺陷不容易识别，从而降低了分辨率；激振力脉冲宽度小，应力波频率高，波长短，有利于对桩身小缺陷的分辨率，但在桩浅部不能满足一维弹性杆件的平截面假定条件，会出现接收信号波形畸变。

②桩头处理。传感器的安装点和敲击点要求是坚硬、新鲜的混凝土，如果敲击点落在桩顶没凿干净的浮浆上，能量在小范围内迅速耗散而影响应力波向下传播，并使杂波幅值大，殃及整个时域，掩盖了桩下部的信息。

③传感器。传感器的选择也很重要，所用传感器应与所测桩响应相匹配，应选择灵敏度高、频率范围宽、线性动态范围大的耐冲击的加速度传感器。

传感器与桩接触面耦合越好，检测结果越真实。实践表明，以桩顶圆心为敲击点时，传感器应安装于距中心2/ 3半径处，检测信噪比较大。

6、结束语

低应变反射波法同其它的基桩检测方法相比，具有简便、快速有效的优点。在现场测试时，必须采用合适硬度的激振锤与加速度传感器，设置恰当的参数，保证采集信号的真实性。在对检测曲线判断时，应该综合地质条件、施工工艺、应力波传播机理、桩侧土和桩尖土的力学指标等各种因素分析判断，才能比较准确地分析判断桩身质量。

由于存在着复杂的桩-土系统、理论假设与实际不相符等问题，低应变反射波法也有其局限性。认清这些问题有助于提高检测结果的可信度。

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