浅谈低应变反射波法检测灌注桩桩身完整性

胡亮

摘 要 通过分析反射波的曲线特征能够识别来自桩身不同部位的反射信息，由此可计算桩身波速、判断桩身的完整性和缺陷位置，并可推定桩身混凝土强度。

关键词 激振信号；实测曲线；桩身完整性

概述

通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身向下传播，遇到桩底面和不连续界面（如扩径、缩颈、孔洞、断裂、蜂窝、夹泥等缺陷）时，将会发生透射和反射，用记录仪器记录下反射波在桩身中的传播波形。分析反射波的曲线特征，并由此识别来自桩身不同部位的反射信息，据此能够计算桩身波速、判断桩身完整性以及缺陷位置，并推定桩身混凝土强度[1]。

1 在低应变法检测之前，需要做好以下的准备工作：

⑴基桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，或龄期至少大于14天。

⑵需要剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。

⑶灌注桩要凿去桩顶浮浆或破损的松散部分，并且要露出坚硬的混凝土表面。

⑷要求受检桩的桩顶截面尺寸和混凝土质量应与桩身设计条件基本一致。

⑸桩顶表面平整干净且没有积水。

⑹实心桩的中心位置打磨出直径约10cm的平面，平面保证水平，不要带斜坡；在距桩中心2/3半径处，对称布置打磨2～4处，直径约为6cm的平面，打磨面应平顺光洁密实。

⑺当桩头与垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，会对测试信号产生影响。因此，测试前应将桩头侧面与断层断开。

⑻在基坑内检测，应提前将基坑内水抽干，并搭设好梯子，便于上下。

⑼准备黄油1～2包，作为测试耦合剂用[2]。

2 数据采集

⑴通过现场对比试验选定激振锤和激振参数。短桩或浅部缺陷桩的检测应选用轻锤短脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺陷的检测应选用重锤宽脉冲激振。

在现场检测过程中，可在激振部位平铺薄层橡胶垫以获取更好的实测信号。通过改变力锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。锤头刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，含低频成分多，冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别；锤头刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多，冲击力大小相同时，虽其能量较小，但更适合于桩身浅部缺陷的识别及定位。

对于长桩，应该先采用低频检波器，重锤敲击来获得实测曲线，再用高频检波器、轻锤敲击来获得浅部鉴别曲线。

⑵采集桩身的波形信号时，调整增益和激振频率使桩身（特别是桩身下部）的反射特征清晰、重复性好。各测点记录的有效信号数不宜少于3个，波形具有良好的一致性。

⑶对存在缺陷的桩应采用多种激振频率进行重复检测，获取足够的缺陷特征分析资料。

3 数据的分析与判定

桩身质量一般在室内分析出报告的时候判定，根据规范其等级设有Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类。没有一定的理论知识和经验积累做不出更合理的分析，其过程应把握以下几个方面：采用代表性强的曲线分析；用频域信号辅助时域信号分析；合理地低通滤波，过低的滤波上限容易掩盖缺陷，过高的上限又起不到滤波的作用；适当采用指数放大来分辨不明显的桩底反射信号，过分地放大会使波形失真或人为地造出桩底反射，完全不放大又可能不突出缺陷信号。

实践工作中，对桩质量的判定应结合地质资料、施工工艺、整个工地的测试情况以及个人经验，综合参考设计、监理及施工资料对所检桩进行认真仔细的分析，以及时发现缺陷，分析缺陷产生的原因，并提出适宜的解决方案，对施工进行指导以避免在后续施工工作中产生类似缺陷，必要时应进行现场开挖或钻芯验证，保证工程质量[3]。

⑴确定桩身平均波速；

⑵分析波形、波幅、频率等信号特征，并结合受检桩的成桩工艺、施工情况与地质条件来识别断桩扩颈、缩頸等桩身缺陷；

⑶判定桩身完整性的类别，桩身完整性类别应依照标准原则来判定；

⑷当实测信号所反映的桩身信息（如桩底反射不明显、超过有效检测范围、实测信号无规律等）不足以分析和评价桩身完整性，应当结合其他检测方法来判定桩身完整性。

依据实测时域或幅频信号特征进行桩身完整性判定的分类标准如下，桩身完整性判定：

类型Ⅰ时域信号特征，（2L/c时刻前无缺陷反射波；有桩底反射波），幅频信号特征（桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Δf≈c/2L。）

类型Ⅱ时域信号特征（2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波；有桩底反射波），幅频信号特征（桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Δf≈c/2L，轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差 Δf ′>c/2L。）

类型Ⅲ时域信号特征及幅频信号特征有明显缺陷反射波，其他特征介于Ⅱ类和Ⅳ类之间。

类型Ⅳ时域信号特征（2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波；或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波。），幅频信号特征（缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频差

Δf ′>c/2L，无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰。）

另外，应注意对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可按本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别。对于混凝土预制桩和预应力灌注桩，若缺陷明显且缺陷位置在接桩位置处，宜结合其他检测方法进行评价。不同地质条件下的桩身缺陷检测深度和桩长的检测长度应根据实验确定。

4 复测验证与处理

⑴当桩身浅部存在缺陷时，拟运用开挖法（开挖深度一般在1～8m范围内，条件允许的情况下可适当增加开挖深度）进行验证；

⑵当怀疑混凝土强度不够或者桩身波速偏低时，应分析强度低的各种原因，若对比其他同等条件的桩后发现强度等级依然存在波速异常，需建议有关部门采取其他检测手段进行检测。

⑶当发现桩身深部存在缺陷或桩底沉渣过厚时，应提出采用工程钻机抽芯验证申请，提交检测原始资料，对有争议性的检测结论，应该提出第三方验证的申请进行仲裁。

完整桩的时域波形图比较整齐、均匀、规则，平均波速正常，桩底反射信号明显。

断桩指桩身断裂，混凝土不连续，通常情况此处有严重的夹泥，使阻抗明显变小，应力波在断桩片发生强反射，应力波在桩身断裂以上部分来回反射形成多次波，整桩信号不明显，甚至没有桩底反射，类似于短的完整桩。断桩的断裂位置由下式确定：

扩颈桩和缩颈桩都有明显的桩底反射信号，和本工地桩身混凝土平均波速相接近，实际桩长和计算桩长相一致。同时在扩颈处或缩颈处分别出现同相位和反相位的反射信号。

离析桩桩身混凝土介于完整桩和断桩之间，视其离析程度大小，轻微离析接近于完整桩，严重离析接近断桩。离析桩的反射信号与入射波信号同相位，也有桩底反射信号。但离析桩的整桩混凝土传播速度偏低，这是离析桩区别于缩颈桩的重要依据。低应变法测不到桩底反射信号的情形受桩周土阻力、桩的长径比、桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配等多种因素的影响。

5 结束语

低应变反射波法检测法是一种新兴的以结构动力学分析与电子检测技术为基础的检测方法，是一种基桩质量的常规检测手段。它具有操作方便、检测费用低等优点，同时也存在不精确性和局限性，需要检测人员认真地去对待每一个环节，不断地学习检测技术，积累检测经验。如此一来才能更准确地对桩身完整性进行判定，为建设事业做出更大的贡献。

参考文献

[1]刘明贵，余诗刚，汪大国，等.桩基检测技术指南[M].北京：科学出版社，1995：77-78.

[2]彭春梅.基于超声波透射法的灌注桩桩身缺陷分析与判定[D].成都：成都理工大学，2015：33-39.

[3]潘崇全，韩建梅.低应变反射波法在灌注桩桩身完整性检测中的应用[J].中国水运月刊，2010，（04）：195-196.