低应变反射波法在建筑工程桩基检测中的应用

摘要：低应力反射波法检测技术作为一种新兴的桩身质量检测方法，正在被越来越多的应用到工程实践中。本文分析了低应变反射波法的基本原理，并就低应变检测测技术在桩基检测中的应用进行了探讨，并总结了反射波法测桩应注意的问题，具有一定的参考价值。

关键词：建筑工程；桩基础：检测技术；动力检测；低应变反射波法；问题

伴随着我国工程建设事业的蓬勃发展，桩基础在工程建设中大量采用,并成为我国工程建设最重要的基础形式。由于它是地下隐蔽结构物，在施工过程中极易出现各类缺陷，桩基础的检测也显得更加重要。而低应变检测技术作为一种新兴的桩身质量检测方法，在桩身质量检测上优点明显。因此，本文将对低应变检测技术在桩身质量检测的应用进行探讨。

1低应变反射波法

目前，低应变动力测桩是采用低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内作低幅振动(应变量约为1O一5)，利用振动和波动理论判断桩身缺陷。我国低应变动力测桩法主要是应力波反射法，主要用来检查桩身完整性，检查缩径、扩径、夹泥、断桩、空洞、离析、沉渣，并核对桩长、推算混凝土强度。

1.1基本原理

低应力反射波法是以应力波在桩身中的传播反射特征为理论基础的一种方法。该方法把桩假定为连续弹性的一维截面匀质杆件，并且不考虑桩周土体对沿桩身传播应力波的影响。当在桩顶施加一瞬态锤击振力时，将在桩内激发应力波，由于桩与桩周土之间的波阻抗差异悬殊，应力波大部分能量将在桩内传播，当波长L>>桩径D，应力波波长λ>>D时，桩可以看作一维杆件，应力波在桩内传播可以采用一维杆波动方程计算。垂直入射的应力波在桩内传播过程中，当桩内存在有波阻抗差异界面时，波将产生反射波和透射波，反射波将沿桩身反向传播到桩顶，而透射波继续向下传播。桩身的缺陷、桩底均可以根据反射波的相位、振幅、频率特性，辅以地层资料、施工记录以及实践分析经验，对其性质做出确切的判断。

1.2测桩前的准备工作

(1)进场测试前首先应获得第一手资料：该工程的成桩工艺、桩长、桩径、成桩日期、混凝土强度等。

(2)进入现场，观察，敲击桩头，了解其实际施工质量，如桩头是否潮湿、夹泥、桩头疏松、含有泥浆等现象。

(3)桩头须达到设计标高后，清理干净，应保证桩头平整、完好无破损、并用砂轮打磨出3～4个直径8～10cm的光面，作为激振点并利于安装传感器，露出的钢筋应倒向两侧，且不应有较大的晃动，对于大直径桩，须多测几个位置，以得到真实完整的桩身反射信号。

(4)由于混凝土强度与其龄期有密切关系。不同龄期尤其早期测试结果差异较大，这些差异表现在判别离析性质缺陷的程度上，有很大的关系。

1.3数据采集

(1)振源和传感器的选择及其对信号的影响。反射波法的应用前提必须有一一个振源，振源对测试效果的影响很大，不同的锤击方式会产生相差很大的曲线。

(2)传感器安装及力棒的使用。传感器是接受桩身反射信号的关键设备，其性能的好坏直接影响波形的采集质量，传感器及电缆应选用轻型的，以便于跟踪响应，必须保证传感器与桩体紧密接触。

(3)信号的选择。在检测过程中，对前几根桩的检测至关重要，可以对整个桩身质量有个总体概念，建立初步印象，这样能够大大提高检测速度。

1.4测试方法

(1)被测桩应凿去浮浆，平整桩头，切除桩头外露过长的主钢筋。

(2)检测前应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用。

(3)每个检测工地均应进行激振方式和接收条件的选择试验，确定最佳激振方式和接收条件。因为不同工区桩的类型、桩径大小、桩头混凝土质量、土层地质情况等条件差异较大，检测时，对激振和接收的最佳条件选择只能通过现场试验对比来确定。通过调节放大器增益，使波形不产生畸变，改变滤波频率提高分辨率和信噪比。

(4)激振点宜选择在桩头中心部位，传感器宜稳固地安置在桩头上。对于桩径大于350mm的桩可安置两个或多个传感器。

(5)当随机干扰较大时，可采用信号增强方式，进行多次重复激振与接收。

(6)为提高检测的分辨率，应使用小能量激振，并选用高截止频率的传感器和放大器。

(7)判别桩身浅部缺陷，可同时采用横向激振和水平速度型传感器接收，进行辅助判定。

(8)每一根被检测的单桩均应进行两次及以上重复测试。出现异常波形应在现场及时研究，排除影响测试的不良因素后再重复测试。重复测试的波形与原波形具有相似性。

1.5检测数据的处理与判定

(1)应根据波形图中的入射波和反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达进问等特征，推定桩的完整性。

(2)桩身混凝土的波速VP桩身缺陷的深度L′可分别按下列公式计算：

,

式中：

L―桩身全长；

t―桩底反射波的到达时间；

t′―桩身缺陷部位反射波的到达时间；

Vpm―同一工地内多根已测合格桩桩身纵波速度的平均值。

(3)反射波波形规则，波列清晰，桩底反射明显，易于读取反射波到达时间，及桩身混凝土平均波速较高的桩为完整性好的桩。

(4)反射波到达时间小于桩底反射波到达时间，且波幅较大，往往出现多次反射，难以观测到桩底反射波的桩，系桩身断裂。

(5)桩身混凝土严重离析时，其波速较低，反射波幅减少，频率降低。

(6)缩径与扩径的部位可按反射历时进行估算，类型可按相位特征进行判别。

(7)当有多处缺陷时，将记录到多个相互干扰的反射波组，形成复杂波形。此时应仔细甄别，并结合工程地质资料、施工原始记录进行综合分析。有条件尚可使用多种检测方法进行综合判别。实践证明，离桩顶第一个缺陷的判别要十分仔细慎重。

(8)桩身浅部断裂的定性评价，可通过横向激振，比较同类桩横向振动特征之间的差异进行辅助判断。存在浅部断裂的桩，在进行横向激振时，有自振频率降低，振幅较大，衰减历时增加及波形不规则等现象，在一定实践经验基础上，可对桩身浅部断裂作出定性评价。

(9)在上述时域分析的基础上，尚可采用频谱分析技术，利用振幅谱进行辅助判断。

(10)桩身混凝土的强度等级可依据波速来估计。波速与混凝土抗压强度的换算系数，应通过对混凝土试件的波速测定和抗压强度对比试验确定。

2反射波法测桩应注意的几个问题

2.1桩头的处理

桩头处理的好坏，对波形采集的正确与否有直接的关系。桩头浮浆使波难以下传，对测试结果影响较大。此外主钢筋外露过长，也会产生谐振干扰。因此，凿去浮浆，平整桩头，露出坚硬、新鲜的混凝土，锯短桩头上的钢筋等工作，是很有必要的。

2.2桩、传感器、振源的匹配

不同的桩土体系有不同的固有频率，而同一桩土体系，其频率范围在不同深度也不一样。桩的浅部频率高，随着桩的部位越深，对应的频率范围就越小。

2.3地质条件的影响

在对应力波时程曲线的分析中，不仅应考虑桩体本身材料、刚度以及缺陷的影响，同时受到桩侧土模量大小的制约。一般来说，桩侧土力学性质越好，应力波在桩侧土中损耗越大，在层间硬土层将会反映为似扩径的子波叠加，相反如软夹土层将会由于应力波透射损耗小而产生似缩径的子波叠加。因此在进行测桩时应考虑场地的地层地质条件综合判定。

2.4桩底反射的确定

一般情况下，均能找到桩底反射，但有时就找不到桩底反射，情况之一是缺陷大，掩没了桩底反射；另一种情况是桩持力层与桩阻抗匹配得好，也无桩底反射。如嵌岩桩与基岩嵌固程度好，无桩底反射。因此在分析时应充分利用地质资料，施工记录等资料来分析确定，以免产生误判。

下面就工程实例说明：

(1)完整桩波形：桩波形曲线较平滑，桩身无异常同相反射，桩底反射明显，说明该桩结构完整，质量较好，为完整性波形。

(2)扩径桩的波形：扩径桩波形上扬较快，波峰不大，下滑波均短于上扬波，整体波形平稳。扩径对摩擦桩而言，反而可以提高桩的承载力，但若桩存在先扩径后轻微缩颈或离析，实测波形不容易反映出缩颈和离析的情况，而产生漏判。

(3)断桩的波形：断桩反射波的特点是波形极不规整，桩身某一位置出现问题，波形会在此时刻出现严重缺陷反射波或周期性反射波。

(4)离析与缩径桩的波形：离析桩的反射波波形和缩径桩的反射波波形相似，一般情况下难以区分，根据施工记录等进行综合判断。

3结束语

综上所述，应用低应变检测法检测桩基础的成桩质量，可以在较短的时间内完成大量而且复杂的的工作。随着城市建设的高速发展，桩基础在工程建设中大量采用，针对其桩基检测的研究探讨也会不断地开展。

参考文献

[1] 赵建权，低应变反射波法在PHC管桩质量检测中的应用[J]福建建筑，2003.12