桩基检测中低应变反射波法的实践应用

胡勇明

（中山市菊城建筑材料检测有限公司 广东中山 528415）

引言

所谓的低应变反射波法，通俗一点就是通过手锤或者是其他用具敲打桩顶，给桩顶施加一定的压力，从而产生一种应力波，而且这种应力波是向下传播的，如果桩身有缺陷，那么所反应处来的应力波就会有变化，通过对应力波的分析，可以了解到桩基是否具有完整性，同时可以根据桩身变化引起的反射波来确定桩身的缺陷位置或者是长度等。但是桩基础工程主要是属于地下工程，因此施工难度比较大，所以如果是用简单和肉眼直观的方法是无法检验出来桩基的缺陷的，因此很难保证桩基的质量。在施工的过程中也很容易出现各种缺陷，所以为了保证桩基的可靠性，有必要对桩基础进行全面质量检查。

目前用于桩身质量完整性检测的方法中主要有低应变反射波法、高应变法、声波透射法等等，其中使用最广泛的是反射波法。

1 低应变反射波法试验原理

用于反射波法检测桩的示意图如图1所示，基本原理是：锤击桩头，产生的应力波将沿桩身传播。在传播过程中，如果遇到波阻抗接口，将产生声波的反射和传输。应力波反射和传输能量的大小取决于两个介质波的阻抗。根据波浪理论，当应力波遇到断裂、偏析、缩颈和泥浆时，由于波阻抗变小，反射波与入射波的初始相位同相；当应力波遇到颈部膨胀和底部膨胀时，波阻抗变大，反射波与入射波的初始相位相反。结合振幅、波速和反射波到达时间，可以对桩的完整性、缺陷程度和位置进行综合判断。

桩缺陷的位置根据下式计算：

式中：x为桩身缺陷的位置到传感器安装点的距离m；Δtx为速度的第一个峰值与缺陷反射的峰值之间的时间差ms；c为被测桩的桩体波速m/s。

图1 低应变法检测流程图

2 低应变反射波法试验评定标准

2.1 桩身完整性判定

桩身完整性的类别应该结合成桩工艺、施工具体情况、地基条件、设计桩型以及测试信号衰减特性、缺陷出现在桩的位置，可以把桩强度测定的程度分为四类，见表1。

需要注意的是，基桩相同的地方，相似的基本条件，桩型和桩的成型过程，当桩端的桩端阻抗与轴承层的阻抗匹配时，测量信号没有底部反射波时，桩身完整性类别可以根据在相同条件下场地底部反射波的其他桩的测量信号来判断。

表1 桩体完整性结果评估表

2.2 桩身完整性评价

根据行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014），桩的完整性可分为四类，见表2。

表2 桩身完整性分类

工程检测中一般认定，Ⅰ类桩为整体完好质量优等的桩，Ⅱ类桩为质量达到合格要求的桩，Ⅲ类桩为对缺陷进行修补处理后能承受规定荷载可以使用的桩，Ⅳ类桩为不合格桩。

3 工程案例分析

3.1 工程概况

某工程需要对该工程A区钻孔灌注桩进行低应变反射波法检测，桩基础设计采用钻孔灌注桩，桩径φ1200mm，桩长38.0m，桩身采用C30混凝土。根据设计、有关规范及规程，检测桩数10根。主要技术依据和标准为《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）。

3.2 试验操作

（1）在准备测试的时候，应该把桩头的钢板给切割开，对于里面的桩头浮浆以及破碎的地方要进行认真的清理，尽量不要留下残留物质，直到里面露出新鲜的混凝土界面，这样才算完成清理工作，使桩头保持密实，并且尽量的保持平整。

（2）对于那些直径比较小的桩头，尽量选择一个安装点和锤击点，因为桩头直径比较小，如果没有选择安装点和锤击点的话会对以后的工作产生影响。在这期间，对于那些发现信号异常或者是有明显缺陷的桩，应该增加较多的安装点和锤击点，只有这样才能够取得比较可靠的信号，另外还可以消除掉其他干扰信号。传感器应该与桩头相结合，并且保持牢靠，针对那些小直径的水泥砂浆桩，应该把传感器安装在桩头的中间部位。

（3）就一般来说，激振能量和脉宽的影响因素主要是激振工具的重量或者是其外形尺寸，除此之外锤头的材料以及打击力度也是其影响因素。例如激振工具作用的时间越短，那么力脉冲施加就会越窄，激振能量主要集中在高频的范围内。铁锤打击力对激振能量和脉宽也有作用，例如用铁锤敲打桩顶的时候，桩顶会受到一定的脉冲力，而且这种脉冲力是比较窄而尖的，因此反应出来的激发频率也会很高，那么我们就可以根据这些频率来了解短桩是否存在缺陷。锤头的材料不同，影响也不同，例如尼龙锤或者是橡皮锤又或者是木锤等，这些材质的锤敲打桩基所激发出来的脉冲会的宽而且低，所以激发的频率也比较低，这样就可以很容易的发现在桩头深部隐藏的缺陷。

3.3 试验数据处理

（1）滤波技术的使用。现阶段在桩基检测中对于数据处理使用最为广泛的技术是滤波技术，在众多滤波技术中，运用最广泛的是低通滤波。低通滤波在检测不同的桩基时所使用的滤波值也有所不同。例如一些直径较小、长度较短的桩基应该使用较高值的低通滤波。反之则使用较低的滤波值的低通滤波。

（2）在桩基的检测过程中还经常用到曲线放大技术，曲线放大技术中包含线性放大技术和指数放大技术两种。线性放大技术可以很同意的发现那些细小的桩头中的缺陷。而指数放大是可以使各反射面相对而言变得更加明显，这两种方法各有各的优势，在利用的过程中可以根据目的不同来进行选择。使用线性放大技术检测桩基，主要是为了增大桩基检测中反射不明显的线性，从而更好的了解桩基的缺陷以及缺陷的程度，而应用指数放大技术主要是为了分析效果不明显的界面反射，从而通过了解界面反射程度来了解桩基中存在的缺陷。

（3）需要加大对桩基缺陷处信号重复反射问题的重视，之所以会出现重复反射信号主要是因为如果缺陷存在的部位是在一半的桩长部分里，那么就很容易会出现二次反射叠加曲线，从而会让人们对桩基测检测结果产生误差。那么如何判断是不是重复反射呢，因为桩基缺陷处重复反射的信号一般都是等时距的所以一旦发现有反射界面存在等时距的时候，那么就很有可能是重复反射信号。

3.4 检测结论

图1 桩身完整的波形

图2 桩身有轻微缺陷的波形

采用低应变反射波法对该工程A区钻孔灌注桩总计10根桩进行完整性检测，所检测10根基桩中Ⅰ类完整桩有9根，Ⅱ类基本完整桩有1根，满足工程所需要的设计要求。

4 结语

桩基工程是工程建设中不可缺少的一项工程，是保证整个工程结构可靠性的基石，则检测桩基完整性尤为重要，低应变反射波法检测基桩完整性具有简单快捷的优点，被广泛使用到工程建设检测领域。但是造成桩基缺陷的原因有很多，在某些情况下，用于测试桩质量的低应变反射波方法需要测试人员的丰富经验，以提高测试精度，减少误报，并提高项目质量测试结果的可靠性和准确性。