浅谈低应变反射波法在基桩检测中的应用

摘要：本文阐述了反射波法的工作原理及技术特点，通过反射波法在各种类型基桩检测中的应用实践，总结了测试中常见的问题及注意事项，通过工程实例，说明了反射波法检测的成功应用。关键词：反射波；基桩；工程Abstract: This paper introduces the working principle and technical characteristics of reflection wave, the reflected wave method in pile foundation detection of various types of application practice, summarized the common problems in testing and the matters needing attention, through engineering examples, illustrates the successful application of detection of reflected wave method.

Keywords: reflection wave; pile foundation engineering;

中图分类号：P631.4+25 文献标识码：A文章编号：

1・前言

桩的动测检测方法在国外已有100多年的历史，上世纪80年代我国的桩的动测技术就已经应用于实践中了，经过30多年的发展，国内低应变检测技术无论是检测仪器、检测理论还是检测软件都已经相当成熟。目前，工程桩基本上采用低应变法进行桩身完整性的检测，其运用的频率已经远远超过其他动测桩方法，如声波透射法及高应变法等。虽然，在大量的检测工作中，由于检测人员的分析水平和客观原因造成的误差稍大或个别的误判的情况，但大多数的检测结果表明，低应变法对基桩桩身完整性的检测具有检测成本低及相当高的可靠性。

本文通过对低应变反射波法检测桩完整性原理的阐述并结合工程实例，主要总结了低应变法测桩过场中的注意事项，以期对同行们有所借鉴。

2・反射波法检测的基本原理

基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身部进行竖向敲击，给桩顶一个能量，由此在桩中产生的应力波沿桩身以纵波速度υp向下传播，应力波通过桩的阻抗Ｚ变化界面（如桩底，断桩和严重的离析等部位）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位时将产生反射波，对接收道德反射波数据经过放大，滤波等处理，可识别来自桩身不同位置的反射信息，根据波形特征和实测波速分析并结合桩养护龄期及设计强度等综合指标来判断桩身的完整性，缺陷性质，缺陷部位及混凝土强度等级。

３各种常见桩型易产生缺陷种类的分析

３・１混凝土灌注桩

在施工不当，如混凝土浇灌不连续，搅拌不均匀，水灰比过大，导管漏水或底层稳定性较差，就会产生桩身质量问题，如断桩，离析，加泥或缩颈等。

３・２人工挖孔灌注桩

如施工不当，孔内护壁漏水，积水过多或是地层不稳时就会产生桩身质量问题，如离析，胶结不良，强度降低或是塌孔产生断桩。

３・３混凝土预制桩

在未达到桩底标高，遇到地层强度较大时，在锤击力的作用下，易在桩身接口焊接处开裂，甚至造成桩头破碎。

３・４ＣＦＧ桩

由于没有钢筋是素混凝土桩，桩体成脆性，如果开挖不当话，桩体会产生裂纹甚至断裂。

４典型实测曲线

由于桩身缺陷种类复杂，判断桩身缺陷存在与否，需分辨实测曲线中有无缺陷的反射信号及分辨桩底反射信号，及分辨桩底反射信号，下面通过对桩身各种常见缺陷的反射波特征，结合一些典型的实测波形，对反射波实测曲线的解释方法介绍如下。

４・１完整桩的波形曲线分析

当桩身完整时，仅存在唯一的反射界面，及桩底反射界面，即桩底反射面，在条件较好的情况下，可以得到明显的桩底反射波，如图１所示。该桩为ＣＦＧ桩，设计桩长大于14.5m，有效桩长14.0m，桩径4００mm波速Ｃ为３７５７m/s。此时，可以利用波速Ｃ反射时间t和桩长Ｌ三者之间的关系来估算桩长和速度，进而根据波速与混凝土强度的关系来评估桩身混凝土的强度，桩混凝土强度为Ｃ２0。

图例1

４・２断裂桩的波形曲线分析

在桩身断裂处，其反射系数Ｒ＝１，即在桩身断裂处发生全反射。当出现多个反射波时，应判别它是同一缺陷面的多次反射，还是桩间多出缺陷的多层反射。前者，即缺陷反射波在桩顶面与缺陷面间来回反射，其主要特征是反射波至时间成倍增加，反射波能量有规律递减；后者往往是杂乱的，不具有上述规律性，且桩底反射信号很难见到。

图２所示为某工地ＣＦＧ桩。设计桩长15.5m, 有效桩长15.0m，桩径400mm，桩混凝土强度C20。据勘察报告知，在场地范围内，地层局部有粉细砂夹层。通过实测曲线结合勘察报告辅助分析，该桩的时域曲线无桩底反射，可见到同一位置的多次反射，由该场地同一类型桩的平均波速确定该桩在8.2m处断裂，断定为IV类桩。经现场开挖验证，从8.3m处开始有40cm桩身完全被粉细砂充填包裹，桩身处于完全断裂状态。

图2 断裂桩实测波形曲线

4.3 桩身浅部缺陷的波形曲线

多次反射的出现一般表明缺陷在浅部，且反射系数较大的活，表明桩浅部存大严重缺陷。图3所示为涿州市某工地的ＣＦＧ桩桩的实测低应变时域曲线。设计桩长为11.5m，桩径为400mm，桩混凝土强度为C20。根据实测时域曲线结合勘察资料和现场施工情况综合分析，该桩在浅部发生多次反射，且无桩底反射；同时了解到在开挖桩时使用勾机产生过强烈撞击。现场初步分析1.1---1.4m处发生断裂。经现场开挖，在1.3处有断裂。如图3所示。

图3 浅部断裂桩实测波形曲线

4.4 离析或胶结不良桩波形曲线

在桩身离析和胶结不良时由于波速发生改变，使得波的频率也发生变化，其高频成分衰减较快，使得波形变得平坦，至于是由离析还胶结不良引起，则要结合施工时的情况和地质报告等辅助资料来加以区分。图4为某工地的CFG桩的实测曲线。桩长12m,桩径400mm，桩混凝土强度为C20。该曲线高频部分衰减较快，波形平坦，据平均波速值确定该桩在0.9m处有轻微的缺陷，判定为II类桩。后经开挖验证，在0.9m处有离析现象。

图4离析桩实测波形曲线

4.5 工程检测实例

桩基检测的目的是找出问题桩，消除工程隐患。涿州市一工地住宅楼，采用CFG桩，施工桩长为12m，桩径为400mm，桩混凝土强度为C20。根据实测时域曲线结合勘察资料和现场施工情况综合分析，该住宅楼的西北角有多根桩波形变得平坦，无桩底反射；同时了解到在开挖桩头时，使用勾机产生过强烈撞击。同一缺陷类型桩有5根。根据分析，该现象应该是浅部有缺陷。经委托方及监理方同意，进行现场开挖验证，这5根桩在0.7m左右处均有不同程度的断裂现象。为保证工程质量消除工程隐患提供了有力依据。

5 现场检测中的注意事项

5.1资料的收集

在进行基桩检测时应该注意资料的收集。辅助资料包括岩土工程勘察报告、灌注桩的成孔工艺、成桩机具和工艺、桩基施工记录及开挖情况等。结合辅助资料来分析桩身的缺陷类型。

5.2 桩头的处理

灌注桩的桩头往往有一定厚度的浮浆，浮浆严重影响检测效果，因此在检测时必须将浮浆打掉，桩头应打磨平整。此外，灌注桩在破除浮浆时也可使桩头产生破碎及裂纹等现象，使弹性能量快速衰减，使激发的脉冲波不规则，影响检测效果，易造成误判现象。因此，在检测时必须注意桩头情况。

5.3 传感器与粘结剂的选择

传感器的频响特性、阻尼大小、灵敏度和动态范围等对实测波形的影响是非常大。反射波法对传感器有特殊的要求，传感器要有足够宽的量程范围和动态范围，要有较高的灵敏度，有良好的阻尼特性。

当传感器性能较好的情况下，还要选择好的粘结剂，使传感器与基桩得到较好的耦合。目前常用的粘结剂有石膏粉、橡皮泥、黄油等。在这些粘结剂中，现场使用最多的是黄油，而耦合频率较高是石膏粉，其它几种的耦合频率较低。应该注意的是，当桩头较湿时，采用橡皮泥粘结剂粘结的效果不是很好，此时最好用石膏粉。

5.4 激振问题

大量实践经验表明，激振技术是反射波法完整性检测的重要环节。检测时，通常使用瞬态激振，现场通常是用手锤或力棒激振。在检测时提高激振脉冲波的频率，可以提高分辨率；但高频率波对长桩不易获得桩底反射，因此应该用频率较低的脉冲波来获得桩底反射，再用高频率波来检测桩身上部的缺陷。每次激振时要干脆、利索，力度基本一致，以使每次的激振波形基本一致，便于对比分析。

5.5 提高信号判读的正确性

检测时，采集的信号是否可靠直接影响桩身完整性的判定。应在检测现场即时对信号是否可靠作出判断，发现问题及时查明原因采取措施后重测。对不同的传感器或不同的激振点所获得的时域波形，主要特征是否相同，频域共振峰的特征是否相同。在瞬态激振试验中，重复测试的次数应大于4次，若这些特征都是基本相同，说明信号充分反映了桩身情况，分析时就不会错判或漏判。

6 结束语

反射波法简便、快捷，可以在短时间内完成大量检测工作，是基桩无损检测的一种重要方法。但需要注意的是，要综合分析同一工程所有被测的桩，通过寻找被测桩之间的共性，再来分析每一根桩的情况，这往往能够提高分析准确度。如果仅分析一根桩，很容易产生判断错误。所以，要求检测人员要基本掌握检测方法的基础理论，熟悉仪器操作及数据采集，还需要注重实践经验的积累，有了丰富的经验才能做出准确的判断。