低应变反射波法在基桩桩身完整性检测中的技术实践

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(山西交设岩土工程有限公司，山西 太原 030006)

引言

基桩低应变检测方法中用于检测桩身完整性的方法有反射波法、机械阻抗法、水电效应法，目前普遍采用的是反射波法，其基本原理是在受检桩桩顶施加一个竖向的激振力，弹性波沿着桩身向下传播，如果桩身某处材质存在明显差异的界面或桩身的截面积发生了变化(如扩径、缩径)，会产生一个反射波，后经仪器的接收、放大和滤波处理等，就能识别桩身不同部位的反射信息，然后通过对这些反射信息进行分析、计算，来判断桩身混凝土的完整性以及缺陷的位置及程度。低应变反射波法检测桩身完整性已经过多年的研究和应用，加之该方法操作简单、检测效率高，在工程基桩检测中得到了广泛应用，为桩基工程质量提供了重要保障。目前，常用的是中科院武汉岩土力学研究所中科智创岩土技术有限公司生产的RSM-PRT(T)基桩低应变动测仪，我们在检测过程中采集到过各种各样的数据，通过不断地总结和学习积累了一定的经验，以下就检测过程中对数据的一些主要影响因素进行探讨。

1 桩头处理

在使用低应变反射波法检测混凝土灌注桩的过程中，桩头混凝土的处理对检测数据有很大影响。根据规范要求，应凿掉桩头松动的浮浆或松散、破损部分，直至露出坚硬的新鲜混凝土表面，敲击点与传感器安装点打磨平整，桩头干燥，并且断开桩与垫层的连接。其中经常遇到的是桩头松散，从动测曲线上得到的是一组毫无规则的、失真的曲线(如图1所示)，其实在检测过程中根据锤击的响声就基本可以判断桩头的情况。此外，对于混凝土灌注桩，尤其是水下灌注的长桩，桩头浮浆一般较厚，这时如果桩头的浮浆未被凿掉，对所得检测曲线会有很大的影响，主要因为表面的浮浆对应力波的吸收较大，致使传到桩身的应力波能量衰减，当桩身有缺陷时，缺陷位置的反射波变得很小甚至完全测不到缺陷反射波，从而影响到对桩身完整性的判定。

图1 基桩动测实测波形

2 传感器的安装

(1)在低应变反射波法检测桩身完整性的过程中，传感器的安装对采集的信号影响较大。首先，传感器的安装位置应选择在桩面新鲜、密实的混凝土处，并磨成大小合适的平面，平面应与桩身轴线基本垂直；其次，在现场检测过程中要检查传感器的安装是否与桩面完全耦合，是否与桩身轴线平行以及安装的位置是否避开了钢筋笼的主筋(其目的是减少主筋对检测信号的干扰)。另外，经常有检测人员为了测试简便，会少用耦合剂或不用耦合剂，最后导致测试信号振荡很明显，不利于对基桩的分析判断(见图2)。

图2 传感器与桩面耦合情况实测波形

(2)根据受检桩桩径适当增加测点(传感器安装位置)，并沿桩圆周均匀分布。若受检桩桩身局部存在缺陷，各测点(传感器安装位置)所测试的波形曲线会不尽相同，此时也应增加测点，反复检测，以获得较多的实测曲线，便于对缺陷的位置及程度进行定性、定量的分析和判定。

总之，在测试过程中传感器的安装是否合格、规范对测试结果会有很大影响，此项工作非常重要，必须严格按照规范要求操作，以获得较准确的第一手数据，在判定桩身完整性时才不会出现漏判、误判的情况。

3 激振点及锤击振源

3.1 激振点

激振信号的强弱对采用低应变反射波法测试时的信号采集同样影响很大，激振点位置应选择在桩的中心，对于实心桩的测试，锤击要垂直于桩面，以减少敲击时的水平分量，锤击点应平整，锤击干脆，形成单扰动。

3.2 锤击振源

在实际检测过程中遇到的桩长不尽相同，对于低应变反射波检测法来讲，既要测到基桩的完整的信号，还要能对信号中怀疑有缺陷的位置进行识别、分析，所以选择一款合适的锤击振源就显得尤为重要。

瞬态激振通过改变锤的质量及锤头材料，可以改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分，如图3所示。

图3 锤头材质实测波形对比

锤头质量较大或刚度较小时，入射波脉冲较宽，以低频成分为主，当锤击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合获得长桩桩底信号或对下部缺陷的识别。锤头较轻或刚度较大时，入射波脉冲较窄，含高频成分多，较适宜对桩身浅部缺陷的识别及定位。锤击振源适应情况对比见表1。

表1 锤击振源适应情况对比

采用低应变反射波法测桩时，应多准备几种材质、质量的锤头，不能一成不变地使用一种锤头，根据对桩的不同检测目的而选用不同的锤击振源。在同一工地中基桩施工工艺、混凝土配合比、地质条件基本相同，在开始测桩时应随机抽取部分基桩进行试敲，以确定合适的锤击振源，这对以后的检测工作能起到事半功倍的效果。

4 关于波速与桩身混凝土强度的关系

采用低应变反射波法检测桩身完整性，桩身的混凝土波速是一个重要的判断依据。反射波法检测基桩时，一般会由监理或施工单位提供桩身混凝土的设计强度和施工桩长，根据波速与混凝土强度正相关的关系，混凝土强度越高，波速越大，但往往实测波速与理论上的波速会有较大差别，不能依据波速来评定混凝土的强度等级，波速只是一个相对参考值，对于桩身完整性的判定不能说明实质问题。波速会随许多因素的变化而变化，如桩身几何尺寸的变化、桩周土体阻力的影响、桩身混凝土配合比、养护方式及成桩工艺等。由纵波在桩身混凝土中的传播速度公式可知，计算的波速是否准确与实测波形曲线中桩底信号能否正确判断、能否正确读取桩底反射波的到达时间以及现场提供的施工桩长的准确性有很大关系。

5 结语

近年来，随着国家基础设施建设项目的开展，相应地基桩检测任务也随之增加。在这几年的实际检测工作中，我们深刻认识到检测经验对于低应变反射波法测桩的重要性，一线检测人员应对检测过程中的每个步骤进行严格控制，尽可能保证得到能反映桩身真实情况的实测信号，第一手数据才是判断桩身质量的关键，只有这样，最终的数据才能对桩身的完整性进行定性与定量判定。

参考文献：

[1]JGJ106—2003，建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]JTG/TF81-01—2004，公路工程基桩动测技术规程[S].北京：人民交通出版社，2005.