综述低应变反射波法基桩检测的应用

罗 昊 然

(南京南房建设工程检测有限公司，江苏 南京 210005)

综述低应变反射波法基桩检测的应用

罗 昊 然

(南京南房建设工程检测有限公司，江苏 南京 210005)

阐述了低应变反射波检测法的工作原理以及现场采集要点，并针对基桩检测中，低应变反射波法检测技术常见问题和局限性进行了分析论述，对提高基桩检测结果的可信度具有重要意义。

反射波法，基桩检测，缺陷

1 基本原理

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，在顶部进行竖向激振时，使桩中产生应力波，弹性波从桩顶向下传播至桩底过程中，遇有桩身存在断桩、离析等明显不同的界面或缩径、扩径桩截面发生变化的部位时，波阻抗发生变化，产生反射波和透射波，通过分析反射波的性质及不同特点，判定桩身缺陷程度和位置。

2 低应变现场数据采集要点

1)对测试工地的有关资料进行全面收集和了解,重视土层、地质环境特别是软硬地层界面对应力反射波传波的影响，了解施工工艺、打桩过程中曾出现过的故障和处理过程，以避免不必要的误判。

2)桩头处理和传感器安装。a.凿去桩顶浮浆，铲除松散部分，露出含骨料新鲜、坚硬混凝土表面，尽量保证桩头的完整和桩顶的平整，不能将桩身劈裂，也不要留下隐性裂缝，桩头的破碎部分清理干净且顶面无积水，凹凸不平处宜用砂轮打磨3个～4个小平面，妨碍测试的外露主筋应割短至不影响采样为准，当桩头与承台或垫层相连时，应断开。b.对圆形实心桩激振点应选择在桩中心，距桩中心2/3倍半径处均匀布置3处～4处作为传感器安装点。当桩径较大或桩上部横截面尺寸不规则时，根据实测信号，应及时更换激振点或传感器接收点位置。c.传感器安装部位的混凝土应磨平，传感器的底面与桩顶面之间不得有缝隙，可采用橡皮泥、黄油或石膏等粘贴在打磨过的接收点，粘结层尽可能薄，与桩顶耦合紧密，有足够粘结强度，并保持传感器与顶面相垂直。

3)选择激振设备。激振为了减少敲击时水平分量，应沿桩轴线方向。敲击脉冲的宽度与锤垫的厚度、软硬程度、锤体的材质、质量以及冲击能量等因素有关。锤头质量大、硬度小，激振产生的入射波以低频宽脉冲为主，便于判断整个桩桩身的完整性和桩底反射信号。锤头质轻或硬度高时，产生的入射波脉冲信号尖而高，可获得较精确的桩顶入射波起始点，较适宜于桩身浅部缺陷的识别及定位，但较易激励出高频应力波，容易受浅部桩头不规则、钢筋笼谐振的影响产生干扰信号。

3 桩底反射

现场检测时，能识别出桩底反射信号，才能有效判定整根桩的完整性。桩底反射除了与桩的长径比、锤击能量有关，主要由桩与土的刚度比决定，桩土刚度比愈大，应力波的衰减愈小，相反细长摩擦桩，应力波的传播会严重衰减。检测桩底反射，宜使用质量较大或硬度较小锤头，使得冲击能量大，应力波衰减慢，入射波以脉冲宽、低频为主，判读波形时借助指数放大，即便如此，并非所有的桩均能测得桩底反射，以下几种情况就很难见到桩底反射：

1)桩较长、桩身遇有严重缺陷或接桩部位较多，且接桩效果较差时；2)桩身阻抗与持力层阻抗匹配良好；3)桩身截面变化不规则；4)桩周土约束很大，应力波衰减很快；5)嵌岩桩且嵌固良好，垫层与桩浇筑为一体时可能无法测得桩底反射。

虽然许多情况下，桩底反射信号不易识别，但若桩身在有效检测的深度内存在缺陷，缺陷的位置就会在采样波形上有所反映，所以反射波法仍可检测有效测试范围内是否存在缺陷。

4 低应变反射波法检测技术的认识

1)浅部缺陷检测：在顶部激发产生的脉冲波，经常会出现表面波、剪切波在桩顶来回反射、耦合形成高频干扰信号，高频干扰信号掩盖了桩身缺陷及桩底反射信号。在桩浅部存在严重缺陷时，一维应力波的理论假设不成立，实测波形呈现振荡信号，造成了测试盲区。盲区的大小可以通过使用合适的传感器，减小锤击能量、变换锤击点、传感器安装位置等方式保证弹性波的垂直传播，减少浅部折射损失来减小盲区范围。一般可测到距桩顶2 m左右的严重缺陷，在浅部位的缺陷，敲击桩头时声音异常，用锤敲击桩侧时，能感到桩头的振动。当以重锤激振时，实测波形表现为宽峰或者大低频信号，而用轻的刚性锤激振时，波形初至波携带高频子波为多次等间隔振荡峰。浅部缺陷曲线一般有三种形式：明显的周期反射波形、低频宽脉冲信号、低频叠加高频波周期反射。缺陷位置可通过经验判断，通过开挖验证。

2)深部缺陷：低能量高频入射波传播时衰减严重，传递的深度有限，不宜用于长大桩测试，而高能量低频宽脉冲有利于深部缺陷的检测。桩底混凝土与桩端持力层阻抗相差越大越容易测出桩底反射波，强度高、龄期长的桩在相同施工条件下桩底反射更明显，都说明了桩周土阻力、桩身强度、桩身阻抗多变对应力波的影响，使得我们的桩身有效测试深度变化大，有时很难测出深部缺陷。

3)缺陷定量判定缺乏依据：桩身完整性判定，主要是以实测时域信号特征为主，结合频域曲线，两者相互印证与补充，进行综合分析。对于时域曲线的反射波形特征，一般根据反射波信号强弱、周期性反射以及衰减特性来判定桩身缺陷的程度，当缺陷十分明显，应结合设计桩型、成桩工艺、桩侧土地质条件等有关情况进行综合分析。分析不同时段或频段信号所反映桩身阻抗信息，来确定缺陷的位置。根据反射波的相位特征、有无桩底反射波以及反射波的振幅衰减、谐振峰变化情况，判断桩身是否存在缺陷或者断裂。对于桩身缺陷类型，曲线信号只反映出桩身阻抗衰减，其具体类型需综合考虑地层及施工情况或借助其他手段判断。但是对于缺陷在桩轴向的高度、径向的分布以及缺陷质量下降的程度缺乏完整的分析、评价依据。

4)地质条件对检测结果的影响。由于土层的突变，造成桩周土的波阻抗发生了变化。当桩周土从软土层变化到硬土层时，将会产生类似扩径的反射波，而硬土层中有软弱的桩周土夹层时，会在相应界面处形成类似缩径的反射波。只有了解地质情况、考虑桩周土对采集波形的影响，才能对基桩质量产生合理判断。要仔细分析哪些缺陷是因施工质量引起的，哪些受桩身构造、成桩工艺、土层影响造成的类似缺陷信号，应结合经验，参照本地区、本场地的同类型桩进行综合分析，方可得到较为准确的判断结果。

对于嵌岩桩，要看桩底沉渣、桩端持力层，如果嵌岩程度良好，可视为杆件的固定端，那么嵌岩桩的桩底反射波形与激振脉冲方向是相反的。当桩底的岩石与桩身混凝土的波阻抗相差不大时，桩底反射不易识别。如在同一场地、同一施工条件下其他桩桩底反射不明显，而有些桩能测出明显的桩底反射，有可能是桩底沉渣较厚。

5 反射波法的局限性

1)定量化分析不够，缺陷判断的可靠度仍需提高。2)计算缺陷深度、桩长与实际情况存在差别。3)平均波速与混凝土强度之间的关系无法准确确定，不能提供混凝土强度，也难以判断桩底沉渣具体厚度。4)对于桩身存在轻微缺陷、多处缺陷、深部缺陷以及超长桩，反射波法很难正确检测，分析时容易误判、漏判。5)适用于检测预制桩、灌注桩，不宜用于检测异型桩、水泥搅拌桩。

6 结语

反射波法在桩身完整性检测方面，具有操作简便、检测效率高、成本低的优点，适合基桩大面积普检。检测过程中，必须从桩头处理、参数设置、传感器安装、激振方式等，每一个环节都认真操作，才能保证采集信号的真实性。应清楚反射波法的局限性，不要得出该方法能力范围以外的结论，认清这些问题有助于提高检测结果的可信度。

[1] 罗骐先.桩基工程检测手册[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2] 陈 凡，徐天平，陈久照，等.基桩质量检测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] 余报楚，路 靖，吴 俊.基于低应变法桩身完整性的检测与工程实例分析[J].山西建筑，2014，40(5)：51-52.

Review the application of low strain reflection wave method pile foundation detection

LUO Hao-ran

(Nanjing Nanfang Construction Engineering Detection Limited Company, Nanjing 210005, China)

This paper described the operating principle and field collection key points of low strain reflection wave detection method, and according to in pile foundation detection, analyzed and discussed the common problems and limitations of low strain reflection wave detection technology, had great significance to improve the reliability of pile foundation detection results.

radiation wave method, pile foundation detection, defect

1009-6825(2014)31-0103-02

2014-08-19

罗昊然(1968- )，男，工程师

TU473.16

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