反射波法的技术特征及其在桩基检测中的应用研究

吴学谦

（宁夏建筑科学研究院有限公司，宁夏 银川750021）

0 引言

随着国民经济的飞速发展，我国工程建设项目日益增多，工程桩的应用越来越普及，因此基桩质量的检测越来越重要。作为基桩完整性检测的常规手段，低应变反射波法在我国有多年的发展历史并已纳入国家的规范，由于此种方法具有应用范围广、检测量大、野外数据采集快速、方便、费用低廉等优点，因此其被众多的检测单位所采纳与使用。但是反射波法也存在一些不可回避的问题，如测试盲区、理论模型局限、桩侧土阻力影响、检测有效深度、桩身的频响特性、微裂缝影响等等，此外，反射波法是依据波形直观判读的经验法，在实际工程桩检测中容易出现误判，因此它又是相对准确程度不够高的一种检测方法。

1 反射波法的技术特征

反射波法利用手锤在桩头施加一小冲击扰动力，激发一应力波沿桩身向下传播，然后利用速度或加速度（一般为加速度）传感器接受由桩身缺陷或桩底产生的反射信号，根据对反射波时程曲线的综合分析，对桩的结构完整性作出判断。该方法的前提条件是把单桩假设为一维匀质弹性体杆件，当桩顶受到一小扰力后，产生的弹性应变以纵波形式沿桩身向下传递。由于桩顶施加的是一个小扰力，土体振动的影响可以忽略不计。应力波沿桩身传播的规律遵循一维波动方程，根据一维波动方程分析导出的反射波相位特征，是反射波法测试的主要依据。这一特征可以非常通俗地描述为：在桩扩径部位，反射波波形相位同初始相位相反；在桩缩径、离析或夹泥等不利缺陷部位，则反射波形相位同初始相位相同。这两点是判断缺陷的基本依据。

显然，当桩顶作用一脉冲力后，便有应力波沿桩身传播，若桩身质量有问题，存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射和透射。经接收放大、滤波和数据处理，按照一维波动方程并结合桩型特点，检测仪器可给出桩身弹性波传播过程中的速度波形曲线，根据这些波形曲线，即可判定桩身质量。

反射波法适用于检测桩身混凝土的完整性，推定缺陷类型及其在桩身上的位置。本方法也可对桩长进行核对，对桩身混凝土的强度等级作出估计。

2 现场测试方法

（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。

3 检测数据的处理与判定

应根据波形图中的入射波和反射波的波形、相位、振幅、频率及波的到达时间等特征，推定桩的完整性。判定方法如下：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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，可对桩身浅部断裂做出定性评价。

（7）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。

4 检测中的几个问题

（1）桩头的处理。桩头处理的好坏，对波形采集的准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）成层土的影响。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。

（3）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。

（4）对缺陷程度不能进行定量分析。如缺陷位置距桩顶的距离以及缺陷的严重程度不能做出准确的计算；对于Ⅱ、Ⅲ类桩的界定，它关系到所检测的桩是否需要进行处理，也是检测人员最难以把握的。这时往往需要借助其他的方法来做进一步的检测。

（5）如果桩身存在多处缺陷时，深部缺陷不易被检测到。浅部缺陷或桩太长时，缺陷都不易被检测到。

5 结束语

总之，基于反射波法对桩基础进行桩身完整性检测，能够确定桩身缺陷位置和缺陷的程度，其检测结果是比较准确的，能够满足一般工程的需要，是普查工程桩基的有利手段。它具有不受施工场地条件限制、方便、快速、经济的特点。配合其他检测方法和手段，能够确保工程桩基质量并通过验收，对加强桩基工程质量控制起到非常重要的作用。当然，对于应用过程中若遇不同地点、不同地质条件、不同桩长等，反射波法的适用性及准确性问题有待根据实测结果进一步总结经验，深入分析研究。

［1］任晓伟,任洪伟.桩基工程检测技术概述[J].科技资讯,2009(02).

［2］李淑萍.低应变反射波法现场检测基桩的技术要点[J].青海交通科技,2009(02).