孙涛

（沈阳中冶检测工程有限公司，辽宁沈阳 110000）

1 桩基质量测试手段的发展概述

最早采用的测试桩基质量方法只有静载荷试验，随着建筑物形态不断复杂化，基础形式也愈加丰富，特别是桩基础发展更为迅速。工程所需的基桩数量越来越庞大，工艺形式越来越多，对于大量的桩基基础，仅凭随机抽选数量极少的桩基进行静载试验很难控制整个桩基工程质量。各国都在寻求能够控制基桩质量的简易方法与手段。随着电子工业特别是计算机科技的高速发展，波动理论也快速发展，根据波动理论而衍生出的测桩方法逐步成熟起来。从20 世纪80 年代，利用波动技术的动力测试方法在我国得到大力发展与普遍应用，低应变反射波法也因其经济高效，逐渐形成成熟的测试桩身完整性的主流方法。除此之外，也是基于波的理论发展而来的高应变法，可测试大直径超长混凝土灌注桩的声波透射法，利用钻探技术检测桩身质量的钻芯法等技术，都大量应用检查桩基础质量检测中。

2 低应变反射波法基本原理

2.1 波动方程

2.2 波阻抗

波阻抗的引入，所得到三个重要结论，是低应变反射波法进行基桩完整性检测的重要理论依据。低应变反射波法主要是通过反射波所带来的信息判断基桩质量。

3 低应变反射波法所用的仪器设备

3.1 激振设备

目前工程所常用的激振设备为手锤或力棒。激振设备的选择应根据场地基桩的实际情况而定。一般认为高频波分辨率高，可获得浅部缺陷，但易衰减，对于长桩往往不易接收到桩底反射；低频波虽可获得长桩的桩底反射，但分辨率差，容易忽略浅部缺陷。我们可通过增加激发能量，使应力波衰减变慢，在测试时可尝试不同重量及面积的激振设备以求达到最好效果。对于高频波与低频波，需理解脉宽与所激发信号的关系，激振源所激发出的信号并非是单一信号，不同设备所产生的脉宽不同，带来的信号成分也不同，脉宽越窄，高频成分越丰富，脉宽越大，所产生的低频成分就越丰富。

3.2 传感器

有速度传感器和加速度传感器两类。因加速度传感器灵敏度高，频率范围宽，稳定性好，推荐使用。

3.3 基桩动测仪

国内动测仪器种类繁多，配套设备完善，现场操作方便。在国内常见的动测仪还有美国的PIT 系列，造价较高，性价比一般。

4 低应变反射波法现场操作要点

信号采集工作可以说是低应变反射波法最重要的部分。采集工作不规范，在数据处理阶段会引起误判，进而影响工程进度，造成经济损失。

4.1 桩头处理

低应变反射波法是通过在桩顶施加瞬态能量，采集入射波及反射波信号，判断桩身完整性，那么桩头的处理极为重要。首先灌注桩桩头要去除浮浆、积水、泥渣或者破损部分，露出新鲜的混凝土作业面，在桩心及距桩心2/3 桩半径处打磨四点，以供测试使用。对于管桩，可观察法兰盘与桩身混凝土结合程度，如已分离，应去除法兰盘，锯平桩头，无法兰盘的破损桩头也应锯平后再进行测试。低应变测试应在未实施铺设褥垫层之前，已铺设褥垫层的需要把基桩与褥垫层断开，避免测试信号出现异常。

4.2 传感器的安装与激发

传感器应使用耦合剂与测试基桩混凝土表面紧密连接，耦合剂不宜使用过多，防止出现耦合剂夹层。测试时，激振点与传感器安装点都应远离钢筋笼，避免因主筋振动而产生干扰信号。混凝土桩可在桩心激发，四周接收，而对于管桩，要求激发点与传感器安装点成90°夹角。可通过多次测试一根或几根桩选择合适的激振设备，对于中小直径灌注桩，同一根桩不同位置的波型重复性应较好，大直径灌注桩应多选择几点进行测试。

4.3 现场识别

在进行测试前，应了解现场基桩施工情况，特别是在施工过程中是否存在异常情况，对施工异常的基桩应重点测试。采集过程中所发现异常应逐步排查，具体可检查仪器参数是否正确，传感器与动测仪否连接，传感器与基桩是否连接，测试基桩桩头是否处理完毕，激振操作是否规范，排查完毕后应加点复测，仍为异常反应的，应通知现场暂缓施工，及时处理数据，并采用其他手段，进一步查明原因。

5 低应变反射波法工程实例

5.1 某工程，基桩桩径为500mm，砼强度C40，通长配筋，有效桩长14.43m。工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性，低应变法时域曲线见图1。

图1 测试曲线1

分析：此桩桩底反射明显，曲线清晰，无异常，按桩长确定波速为3860m/s，波速范围正常。

5.2 某工程采用冲孔灌注桩，持力层为中风化凝灰岩，桩径为650mm，砼强度C40，通长配筋，有效桩长7.5m。工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性，低应变法时域曲线见图2a。

图2a 测试曲线2

分析：此桩桩底反射明显，曲线清晰，但对嵌岩桩来说，桩身波阻抗一般接近或小于岩体的波阻抗，曲线桩底反射不明显或表现为反射波与入射波异向。c40 混凝土波速参考范围为3900-4100m/s，假定此基桩波速为4000m/s，按施工记录提供桩长计算桩底起跳时间约为3.75ms，而测试曲线起跳点时间约为3.36ms，反算此起跳位置约在6.7m，结合其他资料，判断此桩为异常桩。建议其采用钻芯法验证桩端嵌岩情况。经钻芯法验证，此桩混凝土段长度为7.56m，桩端嵌岩较好，桩身于6.03-6.11m处发现离析层，见图2b。

图2b 钻芯取样2

5.3 某工程采用冲孔灌注桩，持力层为中风化凝灰岩，桩径为650mm，砼强度C40，通长配筋，有效桩长14m。工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性，低应变法时域曲线见图3a。

图3a 测试曲线3

分析：此桩桩底反射明显，曲线清晰，但对嵌岩桩来说，桩身波阻抗一般接近或小于岩体的波阻抗，曲线桩底反射不明显或表现为反射波与入射波异向。c40 混凝土波速参考范围为3900-4100m/s，假定此基桩波速为4000m/s。按施工记录提供桩长计算桩底起跳时间约为7ms，测试曲线起跳点时间约为5.94ms，反算此位置约在11.88m，结合场地其他资料判断此桩为异常桩，建议采用钻芯法验证桩端嵌岩情况。经钻芯法验证，此桩混凝土段长度为12.1m，下部为含粘土碎石，至17.8 米为中风化凝灰岩，见图3b。

图3b 钻芯取样3

5.4 案例2，3 同场地工程桩，有效桩长10.5m，测试曲线见图4。

图4 测试曲线4

分析：此桩无明显桩底反射，按波速为4000m/s 计算桩底起跳时间约为5.25ms，曲线形态较好，无其他异常。

5.5 某工程桩径为1000mm，砼强度C40，有效桩长14m，工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性，低应变法时域曲线见图5a。

图5a 测试曲线5

分析：此曲线为明显异常曲线，第一处尖锐起跳为0.42ms，超过激振起跳，第二处起跳为1.68ms，第三处为3.3ms，第四处为5.18ms，最后一处为6.92ms。经了解，该处地质条件复杂，施工超方严重。此桩进行开挖验证，桩头处测量桩径为1.10 米，下部0.20 米处即开始渐缩，测量最大回缩处，回缩0.08 米，大于设计桩径，后桩径渐扩，基桩表面不光滑，多处混凝土凸块，基桩挖至3.50 米，未见其他异常，见图5b-5d，验证此桩为可用桩无需处理。此桩测试曲线由于顶部异常，已无法测试到桩底反射，其后继信号大部分为顶部异常信号的多次反射。

图5b 开挖验证桩径

图5c 开挖验证桩头

图5d 开挖验证至3.5m

5.6 某工程桩径为1000mm，砼强度C30，有效桩长34m，工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性，低应变法时域曲线见图6a。

图6a 测试曲线6

分析：此桩无明显桩底反射，在4.6ms 处有一明显起跳，判断为异常桩，进行开挖验证。第一次挖至五米，基坑坍塌至3.5米，桩头处测量桩径为1.06 米，基桩一侧，混凝土凸起较多，表面不光滑，桩头起算，0 米至1.5 米处基桩桩径渐扩，1.5 米处回缩，回缩桩径明显大于设计桩径，于3.4 米处基桩二次扩径，基桩挖至3.5 米未见其他异常。基桩第二次挖至6 米，未坍塌，下部偶有混凝土凸起，未见其他异常，见图6b，最终判定为可用桩，无需处理。

图6b 开挖验证至6 米

5.7 某工程桩径为1000mm，砼强度C30，有效桩长28m，工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性，低应变法时域曲线见图7a。

图7a 测试曲线7

分析：此桩无明显桩底反射，在2.8ms 处有一尖锐起跳，在4.15ms 为第二处正向起跳，判断为异常桩，进行取芯验证。取芯深度为4.5m，所取芯样连续、完整、表面光滑、胶结好，未见异常，表明笼内砼完好，判断异常不是砼离析产生的，见图7b，此桩判为可用桩，无需处理，但仍然给出缩径结论。

图7b 取样图片

5.8 某工程桩径为1000mm，砼强度C30，有效桩长27m，工程桩破至设计桩顶标高后采用低应变法测试基桩完整性，低应变法时域曲线见图8a。

图8a 测试曲线8

分析：此桩无明显桩底反射，在3ms 及4ms 处有两处正向起跳，判断为异常桩，进行开挖验证。开挖后，基桩0.2 米处即有局部扩大，1.4 米处第一次扩径，回缩后桩身桩径明显大于设计桩径，2.5 米处第二次扩径，基桩挖至4.1 米，未见其他异常，见图8b，判定此桩为可用桩，无需处理。

图8b 开挖验证

6 低应变反射波法问题与研究方向

受理论局限，有些桩实际是不适合进低应变法测试，比如长桩，异形桩，甚至长径比过小的桩。但出于经济考虑，非异形桩绝大多数还是首选低应变法测试。这就需要技术人员有过硬的理论及丰富的实践经验，特别是对于异常桩所产生的信号应结合验证进行积累。对于发现问题的基桩应及时反馈，抓紧论证，避免耽误工程生产。低应变法所采集信号能确定的仅是信号的时间，一般根据施工单位提供的桩长，比对砼波速度。对于异常波形，其曲线往往体现于信号的起跳，一般类似于桩底反射，因而此时所确定的波速是明显高的。对于砼标号对应波速，虽有研究，甚至某些规程给出具体数值，但笔者认为其应仅供参考，当现场所采集的曲线桩底反射明显，虽偏离常见的数值区间，但绝大多数基桩反映一致时，不应教条执行。对于长桩的低应变测试，在调整激发设备的同时，还可采用调整仪器参数，由短及长进行测试，可避免上部找不着，下部看不着，而错过问题桩的发现。对于空心管桩的低应变测试，仍然需要不断探索，本文实例部分均为混凝土灌注桩，我们看到对于大多数桩低应变法还是高效的。但近些年对于低应变反射波法的理论依旧停留在应力波在杆内的传播规律研究上，而实际由仪器所采集的反射波所能带来的信息效率不高，特别是桩周土体系对于应力波的影响究竟是什么样的依然无法得知。

同时低应变测试目前应用范围还仅是桩基础完整性测试，以波动理论为基础工程应用是十分广泛的，作为其中的一种方法，能否扩展应用范围，是未来研究的方向。

7 结论

基桩工程作为地下隐蔽工程，想探寻一种简单有效的方法进行质量控制任重道远。低应变反射波法在近几十年的快速发展中，因其高性价比，已经成为必要测试手段。但其对于工程中所遇到的问题，低应变法还不能全面给出定性答案，有时对于异常的判断还是基于经验，特别是异常部位对工程安全的影响程度，还需要进行其他手段进一步查明。作为基桩测试人员，不能盲目自信，急于做出结论。