◎ 广西沿海建筑工程检测有限公司 张 宇

广西建业勘察设计有限公司 李华平

1 桩基桩身完整性检测方法综述

1.1 钻孔取芯法

这种方法不宜用于截面面积较小的混凝土桩。对有些情况下的断桩或断面缺损等缺陷也不容易检查出来，而且对桩有损伤，但这种方法可以确定混凝土的实际强度。

1.2 埋管式声波透射法

这种方法是通过发射探头将电能转换为机械能，发出超声波(频率在20KHz以上)穿透混凝土桩，然后经接收探头拾取并转换为电信号。用这种方法检验桩身质量时，混凝土愈密实，v值愈大。相反，脉冲路径中如有孔洞或裂缝，声波就会减小，由此可检验桩身质量。

1.3 高应变应力反射波法

根据作用在桩顶上动荷载能量是否使桩土之间发生一定的塑性位移或弹性位移，而把动力测桩分为高、低应变两种。高应变反射波法所需的激振能量大，费用高，常用于承载力检测，而很少用于完整性检测。

1.4 应力反射波法

低应变反射波法的原理是当应力波沿桩身向下传播时，遇到桩身阻抗变化，应力波会在该截面发生反射。从而安放在桩顶的传感器采集到的反射波。根据反射波的位置确定桩身缺陷的位置与高应变相比，低应变法作用在桩顶上的动荷载较小，只能使桩土产生弹性变形，一般情况下只产生10-5mm量级的动应变，它是通过应力波在桩身中的传播和反射原理，对桩身结构完整性进行评价。

2 应力波反射法测桩技术的应用

2.1 基本假定

桩受击振动是在弹性限度内，基桩在振动时，桩内各质点的位移、应力和应变关系都服从弹性虎可定律。对于动力测桩来说，激振力很小，而且是可以控制的。因此，桩的振动完全满足这一基本假定；材料是均匀或分段均匀且各向同性的。作为混凝土材料的桩，在拉伸与压缩特性方面存在明显的差异，而且也是不均匀的，但是在微米级弹性振动的范围内，仍然可以近似满足这一假设要求；纵向振动时其截面保持为平面，而且每个截面上的应力是分布均匀的，且为轴向应力，所有其它应力分量均为零；纵波的波长比桩体的截面尺寸大得多，从而不考虑横向位移对纵向振动的影响。

2.2 应力波在桩基中的传播

当纵波在无限长直杆内传播时，它将沿某一方向前进，把能量输送到无限远处。若杆长有限，当波和杆端相遇时，根据边界条件，纵波将在端部边界产生反射或透射。应力波反射法测桩中典型的端面边界是固定端边界和自由端边界，通过对波动方程的求解，可以分析边界的波场问题。

对于摩擦桩，应力波传到桩底遇到比基桩材料软的土质界面时将产生与入射波同相位的反射，即反射回来的波与入射波同相位形成驻波。入射波与反射波同相位，因此在反射点处有明显波幅增加为全反射。对于端承桩，桩中的应力波传到桩底遇到比自身材料硬的岩层界面时将产生与入射波反相位的反射，即反射回来的波与入射波以二为相位差进行叠加形成驻波，因此为半波损失反射。

2.3 现场检测技术运用

（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步。对于钻孔或沉管灌注桩，桩头部分有素混凝土(浮浆)，如果忽略了对桩头的处理，直接就在素混凝上(浮浆)上进行测试，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，结果测试信号都不理想，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。在测试前要求委托方按测试方案预先进行桩头处理，这样有利于传感器的安装和力棒的锤击，从而采集到理想的测试信号。桩头作为传感器安装的界面，是作为判断桩身阻抗变化的基准，在时域曲线中反映了桩身阻抗相对桩头的变化。

（2）传感器的安装

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。

采用触针式安装速度计是绝对禁止的，采用具有一定粘结强度的薄层粘贴方式安装加速度计，基本能获得较好的幅频曲线。通常，现场测试时的速度计安装普遍方式，因其质量和与被测体接触面过大，往往不可能获得较高的安装谐振频率。有实验说明粘结层厚度增加时安装谐振频率降低，所以采用薄层粘结的方法安装传感器时，粘结层愈薄愈好。

（3）击振点及击振方式

激振信号的适当与否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。

选择多个传感器的安装面和多个击振点是非常必要的，浅部缺陷反射的应力波大小与敲击点和安装点关系密切，当发现浅部有缺陷时，应尽量在各个方位测试一下，多点选择有利于排除邻近安装与敲击点的局部微小缺陷和其他因素引起的干扰。另外，对于灌注桩头不平的情况，激振点应不低于传感器安装点，以免产生横向振动。

振源主频和振幅是衡量激振效果的两个主要指标，对长大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。但由此很容易带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。

2.4 数据分析

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相应位置处产生类似缩径的反射波，尤其是中小预制桩，土阻抗影响比较明显。

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。

滤波是波形分析处理的重要手段之一，是对采集的原始信号进行加工处理，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，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。

结语

对特殊地质和施工条件下桩基的检测应慎重处理，在桩基检测中切不可对其过分迷信，但根据其测试成本低、检测速度快的优点，在桩基检测中可以作为一种常规性的普查性的检测方法，对存有疑问的结果或重要的受力部位，在对桩基进行常规的低应变反射波法检测的同时，应补充更加可靠的检测方法，如钻芯法或预先埋管声波透射法等。