1、1低应变反射波法在公路桥梁桩基检测中的应用摘要：低应变反射波法作为一项比较成熟的技术，具有快捷高效的特点，被众多工程所采用。本文就低应变反射波检测技术在公路桥梁桩基工程中的应用谈一些体会。 关键词：低应变反射波法，桥梁桩基 ， 检测，应用 中图分类号：V448.15+1 文献标识码：A 文章编号： Abstract: the low strain reflection wave method as a more mature technology, has the characteristics of high efficiency, was used by many engineering.
2、 This paper low strain reflected wave detection technology in the highway bridge pile foundation engineering of the application of the talk about some experience. Keywords: low strain reflection wave method, bridge pile foundation, testing, application 近年来，随着山区高速公路大规模开工建设，施工过程中大都采用大型桥梁代替路基工程。桥梁基桩属于地
3、下隐蔽工程，施工过程中质量监督较为困难，其质量安全影响日后高速公路运营安全，因此对桩基进行质量检测非常必要。低应变反射波法作为一项比较成熟的技术，具有2快捷高效的特点，在桩基检测中应用越来越广泛。本文就低应变反射波检测技术在公路桥梁桩基工程中的应用谈一些体会。 一、工程概况 某高速公路施工段全线共有大小桥梁 135 座，因地质条件的原因，基础设计大部分为钻孔灌注桩，钻孔灌注桩的质量好坏直接影响桥梁工程的工程质量，由于钻孔灌注桩的施工属于隐蔽工程，对其质量的评定通常采用无损检测，过去一般采用声测法进行检测，这种方法需要在混凝土施工过程中预埋导管，给施工带来麻烦，同时增加了造价。由于低应变反射波法
4、具有方便、快捷、能满足工程要求等优点，本工程采用低应变反射波法检测桩基质量。 二、低应变反射波法检测技术概述 低应变反射波法又叫应力波法，是以手锤或力棒敲击桩顶，给桩一定的能量，产生一纵向应力波，该应力波沿桩身向下传播，由传感器(速度型或加速度型)拾取桩身缺陷及不同界面的反射信号，通过检测和分析应力波在桩身中的传播历程，便可分析出桩基的完整性，并根据桩身突然变化界面时(如:桩底沉渣过厚、桩身夹泥、断裂、扩径或缩径等)所产生的反射和透射波，来确定桩身缺陷性质，估算桩长或缺陷位置，且根据应力波在桩身中的传播速度来推断混凝土的强度。 1、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
5、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，产生一压缩波，沿桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗 Z 变化界面时，将3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波阻抗 Z 变化界面处反射上来的信息，根据这些信息，可对桩身完整性质量进行分析判断。 桩身波阻抗 Z 由桩的横截面积 A、桩身材料密度 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，上部波阻抗 Z2=2C2A2。 当 Z1=Z2 时，表示桩截面均匀，无缺陷。 当 Z1Z2 时，表示在相应位置
6、存在截面缩小或砼质量较差等缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致。 当 Z1Z2 时，表示在相应位置存在扩径，反射波速度信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） 。 Lx=t?C/2（2） 2、缺陷桩的判断 桩基存在的缺陷按其性质可分为两类，一类是外部形状较完整，混凝土的密度及反射波发生变化，即混凝土的弹性模量发生变化；另一类是桩身混凝土较均匀，桩身断面发生变化。在桩基检测中按桩基缺陷程度一般分为四类： 一类桩桩身结构完整，桩径均匀，混凝土密实，反射波波形规整，4上下幅值对称，符合
7、自由振动指数衰减规律。频谱曲线规则，主峰突出明显，频峰幅值是按一定规律衰减。 二类桩桩身基本完整，桩径略有变化（轻度缩径） ，反射波波形欠规整，上下幅值基本对称，近于自由振动衰减规律。频谱曲线基本规则，主峰较突出而明显，频峰幅值衰减虽有变化，但其他频峰与主峰幅值相比较小。 三类桩桩身完整性差，桩身局部断裂，严重缩径或混凝土严重离析，反射波波形不规整，上下幅值不对称，波形曲线不按自由振动衰减。频谱曲线出现双峰或多峰形，频峰幅值不按规律衰减，主峰之后频峰偏高，其峰值比大于 0.65 以上。 四类桩桩身完整性极差，判断为短桩、断桩，反射波波形极不规整，上下幅值极不对称，波形紊乱，不符合自由振动衰减规
8、律，频谱曲线出现双峰或多峰。频谱曲线主峰不突出，其他频峰不按规律衰减，而峰值有时与主峰相近，有时高于主峰。 3、低应变反射波法的特点 低应变反射法与传统的静载试验法相比，具有以下优点： （1）操作简单易行，测试设备轻便，成本低，不受作业条件限制，检测快速，单桩试验时间仅为静载试验的 150 左右。 （2）检测数量多，不破坏桩基，获得的数据准确可靠，规律性好，判读明了简洁，便于对桩基工程进行普查。 （3）费用低廉，单桩测试费约为静载试验的 130 左右，可节省静载试验锚桩、堆载、设备运输、吊装焊接等大量人力、物力。 5三、检测技术要点 1、检测步骤（1）清理整平桩头。 （2）调试仪器，选择适当参
9、数；（3）将加速度传感器垂直安放在桩头的平整部位。 （4）用小棰在桩头选择适当的能量激振。 （5）选取较为理想的波形曲线并存储。 （6）将数据传输至计算机，对记录曲线进行分析、计算，并评价桩身质量。 2、检测设备 本工程检测使用 TK-PDS 型基桩动测仪，该仪器采用的加速度型传感器，横向灵敏度低，锤击到一个有效脉冲时，传感器会记录一个信号，数据传输到现场接收计算机进行储存。锤击力量太大太小或传感器安装不当都会影响脉冲信号。IT-SYSTEM 型桩基检测仪发射的反射波可以检验桩身混凝土的完整性，推判桩基的缺陷类型和在桩身中的位置，对桩长进行校核，对桩身混凝土的强度等级进行估判。 3、检测时应注
10、意的问题 （1）桩头的处理。在现场信号采集工作中，桩头的处理是测试成功的第一关键，但在大多情况下，很多测试人员忽略了这一点。由于施工的原因，往往桩头部分有素混凝土（浮浆） ，有些测试人员忽略了对桩头的处理，直接就在素混凝土（浮浆）上进行测试，结果无论怎么改变传感器以及传感器的安装，无论怎么改变振源，测试信号都不理想，往往在测试信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲。一般情况下，桩头的处理以露出新鲜含骨料的混凝土面为止，而且要尽量平整、干净（桩头不要破碎、不要有杂物、不要有水） ；这可以通过随身携带凿子以凿平安装点和锤击点或委托施工方在测试前帮忙进行桩头处理，这样有利于传感6器的安装和力棒的锤击。
11、（2）传感器的安装。传感器的安装对现场信号的采集影响较大，理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大，传递特性越好，测试信号也越接近桩面的质点振动。 对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心 2/33/4 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。 （3）击振点及击振方式的选择。击振信号的强弱对现场信号的采集同样影响较大，对实心桩的测试，击振点位置应选择在桩的中心；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，击振点位置宜在桩壁厚的 1/2 处。 对长大
12、桩测试一般应当用力棒或大铁球或击振，其重量大、能量大、脉冲宽、频率低、衰减小，适宜于桩底及深部缺陷的检测，桩底及深部缺陷的信号反射较强烈。但由此很容易代来浅层缺陷和微小缺陷的误判和漏判。当根据信号发现浅层部位异常时，建议用小钉锤或钢筋进行击振，因其重量小、能量小、脉冲窄、频率高，可较准确的确定浅层缺陷的程度和位置。 （4）传感器的影响。目前大多数测试人员在对基桩进行低应变反射波法测试时选用速度或加速度传感器。其中速度计在低频段的幅频特性和相频特性较差，在信号采集过程中，因击振激发其安装谐振频率，而产生寄生振荡，容易采集到具有振荡的波形曲线，对浅层缺陷反应不是很明显。同速度计相比，加速度计无论是
13、在频响特性还是输出特性方面7均具有巨大优势，并且它还具有高灵敏度的优点，因此用高灵敏度加速度计测试所采集到的波形曲线，没有振荡，缺陷反应明显。所以我个人建议在对基桩进行低应变反射波法测试时选用高灵敏度加速度计检测。 （5）桩周土层的影响。在对基桩进行低应变反射波法测试时，要充分考虑到桩周土层对所采集波形曲线的影响。检测人员往往只注意到桩身波阻抗变化造成的信号反射，而忽略了应力波在桩身中传播时，不仅受到桩身材料、刚度及缺陷的影响，还受到桩周土层的土模量大小的影响。当桩周土从软土层变化到硬土层时，采集的波形曲线会在相应位置处产生类似扩径的反射波，而当桩周土从硬土层变化到软土层时，采集的波形曲线会在
14、相应位置处产生类似缩径的反射波。如果不考虑桩周土对采集波形曲线的影响，不了解桩侧的地质情况，容易对基桩产生误判。（6）波形指数放大的优缺点。在现场信号采集过程中，桩底反射信号不明显的情况经常发生，这时指数放大是非常有用的一种功能，它可以确保在桩头信号不削波的情况下，使桩底部信号得以清晰地显现出来。但有些测试人员认为它使波形失真，过分突出了桩深部的缺陷，这种观点有一定的道理，过分的指数放大甚至有可能人为地造出一个桩底反射。但是如果结合原始波形，适当地对波形进行指数放大，作为显示深部缺陷和桩底的一种手段，它还是一种非常有用的功能。 （7）滤波的影响。滤波是波形分析处理的重要手段之一，是对采集的原始
15、信号进行加工处理，它是为了将测试信号中无用的或次要成分的波滤除掉，使波形更容易分析判断，在实际工作中，多采用低通滤波，8而低通滤波频率上限的选择尤为重要，选择过低，容易掩盖浅层缺陷，选择过高，起不到滤波的作用。 四、结束语 本工程共施工 526 根机械钻孔灌注桩，检测 526 根基桩，其中：完整桩：326 根，占检测基桩总数的 62%；一般桩：200 根，占检测基桩总数的 38%；缺陷桩：无。桩长均满足设计要求，桩身质量均合格。 就目前国内的技术状况及实际工程情况而言，笔者认为，利用低应变反射波法简便、快捷、高效的检测特点，辅以超声透射法或钻芯法检测，可以避免误差，提高检测的精确度，可以在较短的时间内完成大量检测工作，是基桩无损检测的一种重要方法。 参考文献： 1潘燕玲.桩基检测中低应变动测的应用分析J.勘察、测绘与测试技术，2007(11) 2余继宝.低应变反射波测桩技术的应用J.检测试验与测量，2007(01)
