1、低应变反射波法及其在基桩完整性检测中的应用摘要：低应变反射波法是目前比较常用的一种基桩检测方法。文章介绍了低应变反射波法测桩的基本原理，并结合工程实例进行分析和判断。 关键词：低应变反射波法；基桩 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 一 前言 基桩利用桩底的地层阻力和桩周土层的摩擦力来承受竖向荷载、依靠桩侧土层的侧向阻力支承水平荷载，能将上部结构的荷载传递到深部较硬的、压缩性较小的土层或岩层，其结构稳定性、抗震性较好，因此桩基础是各类建筑物常用的基础形式。随着我国基础建设的迅猛发展，铁路、公路、港口码头等工程设施的不断兴建，桩基础的应用日益广泛。建筑物或构筑物的长期稳定及安
2、全与桩基础密切相关，而桩基础属隐蔽工程，为了保证桩基础的安全、可靠，质量检测至关重要。目前，我国基桩桩身完整性检测的方法较多，其中低应变反射波法以其设备轻便、费用经济、操作快捷、结论准确而被广泛应用。本文简述了低应变反射波法的检测原理，并列举几例用低应变反射波法对实测桩信号分析判断的实例。 二 基本原理 低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。将桩身假定为一维弹性杆件（桩长直径） ，在桩顶锤击力作用下，产生一应力波沿桩身向下传播，当遇到界面缺陷或桩身波阻抗 Z 变化界面时，将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗 Z 变化决定。安装在桩顶上的传感器，将接收到来自桩身各个
3、波阻抗 Z 变化界面处反射上来的信息，根据记录到的信息，通过时域分析、频域分析和阻抗分析等，从而判断桩身混凝土的完整性、缺陷的程度及其在桩身中的位置。并可根据桩底反射信号，计算整桩平均波速。桩身波阻抗 Z 由桩的横截面积 A、桩身材料密度 、纵波速度 C 等决定，如式（1） 。 Z=CA（1） 假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面，界面上部波阻抗Z1=1C1A1，下部波阻抗 Z2=2C2A2。当 Z1 =Z2 时，表示桩截面均匀，无缺陷；当 Z1 Z2 时，表示在相应位置存在缩颈或混凝土质量缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致；当 Z1 Z2 时，表示在相应位置存在扩径，反射波速度信
4、号与入射波速度信号相位相反。 当桩身存在缺陷时，根据缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值t 和桩身传播速度 C 来推算缺陷位置 Lx，如式（2）1。 Lx=tC/2 （2） 三 现场检测及应注意的问题 1、检测前的准备工作 （1）收集相关技术资料 首先收集现场地质资料、设计桩长桩径及承载力、混凝土强度等级、成桩方式以及施工记录等。这些技术资料一方面是出具报告的依据；另一方面，更重要的是，为数据分析提供参考，特别是能否正确判断地质资料、施工记录中存在的异常情况等对波形信号产生的影响，会对判定结论的准确性产生重要影响。 （2）桩头处理和打磨 在现场信号采集工作中，桩头的处理是测试成功的必要条件之
5、一，是影响低应变完整性检测的一个重要外部因素。 桩头上部的散碎部分或浮浆，往往在测试信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲，测得的信号不能真实反映桩身完整信息。一般情况下，检测前，桩头必须裁至设计标高，应凿除全部浮浆，去除松散、破碎的部分，露出密实的混凝土面，并大致平整桩头再进行打磨。另外使用风镐破除桩头接近设计标高时，应避免破除过深，导致个别打磨点处混凝土不密实或破碎。 桩头处理到设计标高后，根据桩径在桩头位置打磨测点和激振点，其中激振点位于桩的中心点，测点距桩中心 2/3 半径处，在桩顶面均匀布置，测点和激振点均要打磨平整，桩头打磨点位见图 1 所示。边上的三个打磨点（测点）要距离钢筋笼 10
6、cm 以上，以减少钢筋笼对测试信号的影响；打磨点可为圆形、椭圆形或长条形。不宜出现打磨点过小、打磨面倾斜、打磨面不平、打磨点数不足或点位在桩头分布不均的情况。桩径1.5m 时，应适当增加打磨点数量。检测前应将桩头清理干净，打磨点位置无泥砂、积水，施工承台垫层时注意不要让垫层混凝土污染桩头，外露钢筋应不影响检测操作，深基坑有积水时要做好排水、抽水措施。 2、现场检测 （1）设备的调试和安装 检测时，应确保仪器设备在标定期限内，仪器工作正常，仪器各种参数设置正确，传感器及连接线工作正常。 传感器的安装对现场信号的采集影响较大，理论上传感器越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大，质点振动的传递特性就越好
7、。对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心 2/3 半径处；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成 90夹角，传感器安装位置宜为桩壁厚的 1/2 处。传感器的安装必须通过藕合剂与桩顶打磨面（测点）粘接。要注意控制耦合剂的使用剂量，太少粘贴不牢导致波形震荡明显，太多会导致部分有效测试信号被耦合剂吸收，都不利于对波形信号的分析判断。 （2）激振系统的选择及对测试信号的影响 低应变检测应根据不同桩长、不同地质情况、缺陷不同深度情况等选择合适的锤击力棒（力锤） 、锤击材质、锤击力量、锤击距离等。 一般情况，锤击能量越小、接触材质越硬，锤击产生的应力波高频成分越多，反
8、之，低频成分越多。 高频波分辨率高，对缺陷部位更敏感，但随桩长传播时，衰减较快；而低频波分辨率较低，但能传播较长的距离。为此，原则上，为了对缺陷部位明察秋毫，只要应力波能在桩长范围内有效传播时，我们应尽量选择高频锤击系统。但应力波如频率过高，一些轻微的、非缺陷因素引起的桩阻抗的变化，都将会产生反射波；不同部位，不同性质的反射波、二次反射波、甚至多次反射波叠加在一起，将会使信号趋于复杂，甚至无法判断。 因此，我们选择锤击系统，应遵循以下几个原则： 在应力波能在桩长范围内有效传播，且整桩反射波信号较为清晰的前提下，尽量选择高频锤击系统。 对于较长桩，高频无法传播到桩中下部时，应适当提高锤击能量，增
9、大锤击接触面积，激发更多低频波，以检测桩中下部完整性。 对于浅部有疑似缺陷的桩，特别是桩顶一米左右范围内的缺陷，应单独选择能激发更高频率的锤击系统，以准确检测到缺陷位置和缺陷程度。 图 1 是锤击能量较小，导致应力波在桩中下部传播很微弱。 图 1 图 2 和图 3 是同一根桩选用不同锤击系统所采集到的信号。开挖证明，该桩存在浅部缺陷。 图 2 图 3 图 4 和图 5 也是同一根桩选用不同锤击系统所采集到的信号。图 4可以初步判断该桩浅部存在缺陷，图 5 可以准确定出缺陷位置。 图 4 图 5 （3）测试时记录的信号波形幅度适中、曲线光滑、无杂波等，每个测点应有三次重复性好的实测时域信号，对于
10、异常波形应在现场及时分析解决。 （4）在检测过程中，宜选择不少于 5 根桩底反射明显质量完好的基桩，求取平均波速，作为判断基桩缺陷位置的依据。 四 实例分析 本文实例分析采用的仪器设备是美国 PDI 公司生产的基桩动测仪PIT，分析采用其配套的软件 PIT-W。 1、某工程 5-4 号人工挖孔桩，桩身混凝土强度等级为 C30，桩长为 23.5m，桩径为 1.25m。桩底反射明显，波速正常，桩身均匀，无缺陷反射波，为完整桩。见图 6。 图 6 2、某工程 Z12-1 号人工挖孔桩，桩身混凝土强度等级为 C25，桩长为 19.5m，桩径为 1.25m。桩顶以下 2.7m 处存在严重缺陷反射波，且其
11、后存在多次反射，判定该桩在 2.7m 左右存在严重缺陷。后经施工单位开挖验证，发现 2.5-2.3.0m 范围内，桩身存在严重缩径。见图 7。 图 7 3、某工程 1-2 号机械钻孔桩，桩身混凝土强度等级为 C30，桩长为 23m，桩径为 1.5m。该桩经声波透射法检测发现在桩顶以下 6.5-7.2m 范围内存在严重缺陷，检测单位后用低应变反射波法进行了验证复测，发现在桩顶以下 6.7m 处存在严重缺陷反射波，与声波透射法测试结论一致。见图 8。 图 8 五 结束语 工程实践中的广泛应用表明低应变反射波法判断基桩总体质量是有效、可行的。在实际检测中受人员经验影响较大，对于复杂波形的解释较困难，尚须检测人员逐步排除影响因素，积累更多实践经验，才能对施工质量作出客观准确的判断，降低工程质量隐患。 参考文献： 1 罗骐先.桩基工程检测手册 北京：人民交通出版社 2003.
