姚应见 王明洋 许勇

摘 要：本文结合工程实例，探讨低应变反射波法在检测基桩的完整性、可靠性中的应用及一些相关注意事项。

關键词：低应变检测；工程实例

前言

桩基础是工程结构中采用的主要基础类型，由于它是地下隐蔽结构物，在施工过程中易出现各类缺陷，故对桩基础进行检测是一项非常重要的工作。在各种检测方法中，低应变反射波法目前应用最广泛。我国开展低应变反射波法动力测桩技术研究始于20世纪70年代，经过不断的发展完善，其现场检测、波形分析、桩身完整性判断各方面都比较成熟。

1 低应变法的基本原理

在桩基动态无损测试中，国内外广泛使用的方法是应力波反射法，又称低（小）应变法。其原理是根据一维杆件弹性波反射理论（波动理论）采用锤击振动力法测试桩体的完整性，即以波在不同阻抗和不同约束条件下的传播特性来判别质量。测试系采用手锤或力杆瞬时冲击桩头，激起振动，产生弹性（应力）波，以声速沿桩长向下传播，到达桩尖后，又向上反射，如果遇到阻抗界面（某截面出现扩径或缩径、断裂或夹层等），产生回波反射，由放置在桩头的拾振器，接受锤击初始信号及反射信号，通过数字采集仪记录，并将波形存储在磁盘上，经计算机进行分析，打印出波形及结果。由于采用了数字采集及数字化处理系统，运用波动理论对波形进行分析判断，从而可以获得混凝土的平均波速、波形等参数，并以此可以判断桩的完整性。

2 反射波法工程应用中的注意事项

2.1 资料的收集

在进行桩基检测时应该注意资料的收集，结合资料来分析桩身的缺陷类型。 这些资料包括岩土工程地质勘察报告、桩基施工记录、灌注桩的成孔工艺、成桩机具等。 根据这些资料，可以分析可能出现哪些缺陷， 甚至缺陷出现的部位。例如， 对于人工挖孔灌注桩， 不可能出现缩径，而桩底浮渣可能是这类桩的主要缺陷； 对于振动沉管灌注桩， 必须注意桩身上部的缺陷，这类桩极易出现缩径或断桩现象。 当土层变化较大，应力波从硬土通过交界处进入软土，由于桩周阻力的迅速减小，在交界处变相的引起类似阻抗的降低，发生“虚拟缩颈”等。 如果传感器靠近钢筋安装，则钢筋会对检测波形产生影响。这些都是在进行桩基检测时必须注意的问题。

2.2 激振问题

理论分析和多年的实践经验表明， 激振技术是反射波法完整性检测的重要环节。 在检测时，当测试短桩或浅部缺陷时，应使激发时间尽可能短；当测试长桩或深部缺陷桩时，应用较大的激发能量，并选用高信噪比的信号接收和处理系统。瞬态激振通过改变锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度和频率成分。锤头质量较大或刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，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。 锤头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，高频成分较多；当冲击力大小相同时，虽其能量较小并加剧大直径桩的尺寸效应影响，但较适宜于桩身浅部缺陷的识别和定位。激振时另外一个要注意的问题是激振的能量要适中， 并不是能量越大越好。对于硬土层， 由于桩身内脉冲波能量扩散较多， 其所需的激振能量应稍微大一些。 此外， 激振时要干脆、利索， 不要拖泥带水，最好是由有经验的人专门激振，以使每次的激振波形基本一致， 有利于对比分析。

2.3 桩头的处理

桩头处理的好坏直接影响传感器接受信号的质量。因此，要求受检桩桩顶的混凝土质量，截面尺寸应与桩身设计条件基本等同。灌注桩应凿去桩顶浮桨或松散、破损部分，并露出坚硬的混凝土表面；桩顶表面应平整干净且无积水；妨碍正常测试的桩顶外露主筋应割掉。对于预应力管桩，当法兰盘与桩身混凝土之间结合不紧密时，也应采用电锯将桩头锯平。

此外， 预制桩在贯入过程中桩头可能产生破损， 灌注桩在破除浮浆时也可使桩头产生破碎（凿除时使用大功率空气泵易产生隐形裂纹）， 这将使弹性波能量快速衰减，严重时使激发的脉冲波不规则，严重影响检测效果，甚至造成误判现象。 因此， 我们在检测时要注意桩头情况。

2.4 传感器与粘结剂的选择

传感器是基桩检测的“眼睛”，它的频响特性、阻尼大小、灵敏度和动态范围等对实测波形的影响非常大。 反射波法对传感器有特殊的要求， 由于传感器处于激振点附近， 很强的激振信号要把畸变的接收下来， 同时又要把传播几十米长距离后反射回来的波接收转换成电信号， 因此传感器的量程范围和动态范围要足够宽， 且要有较高的灵敏度。 在强烈的激振下，要求有良好的阻尼特性。 所以说， 我们可以使用不同特性的传感器多测几组曲线，通过对比分析进一步提高分析精度。

在传感器性能较好的情况下， 必须选择好粘结剂， 一般用普通橡皮泥作耦合剂即可（弹性好的不能用，易产生寄生振荡）。 目前常用的粘结剂有石膏粉、橡皮泥、蛇皮膏、黄油等， 此外， 有些检测人员还使用咀嚼后的口香糖作为粘结剂。 在这些粘结剂中， 石膏粉粘结的耦合频率较高，而后几种的耦合频率较低。 应该注意的是，当桩头较湿时， 采用橡皮泥和蛇皮膏作为粘结剂其粘结的效果不是很好，此时最好用石膏粉。

3工程实例

根据曲线判断：图1中K171#、104#桩分别在2.2m、1.4m严重缺陷，进行了开挖证实，缺陷位置断裂；23#桩2.0m左右扩径，并开挖证实；71#桩根据地质报告和现场大量对比测试，4.0m左右受土层变化影响为“虚拟缩径”；1090#桩根据施工记录，7.0m处为接桩缝。

4 结语

桩基工程是地下全隐蔽工程，由于复杂的地质条件等诸多因素的影响，给正确的检测、有效的验证带来了较大困难，目前桩身质量检测基本上仍处于定性阶段。该方法在桩的质量判定上存在一定局限性，对波形的分析和判读要求检测人员具有丰富的实践经验。对于有缺陷的桩，需多方面综合分析，核查桩位的地质情况及施工记录等资料，如果有条件，可采用开挖、钻芯、声波透射等方法对缺陷部位进行验证，确定缺陷类型和程度，然后采用合理的修补技术和补强处理措施，以保证桩基础的质量。

[参考文献]

[1] .建筑桩基检测技术规范..北京： 中国建筑工业出版社，

[2]防灾减灾工程学报（2005年 第25卷 增刊）