浅谈基桩及反射波法低应变动测

吴　广

摘要:反射波法桩基低应变动测作为桩身完整性无损检测的一种方法，在桩基检测中得到了广泛的应用。本文结合桩基施工中存在的质量问题，通过反射波法的理论依据、局限性，浅析了如何正确运用此法对桩基工程成桩检查质量进行评价。

关键词:基桩 反射波法 桩身完整性 质量评价

0 引言

在基础工程中，桩基础以其承载力大、地层适应性强、施工方便、工艺成熟等特点，而被广泛采用。而桩基工程中又以各种形式的灌注桩为主，这不仅是因为灌注桩施工进度快、经济效益好，而且能适应于各种地形地质条件和各种土工构筑物对基础承载力的需要，因而使用范围很广。桩基础在施工中，灌注桩属地下隐蔽工程，施工工艺复杂，由于多种原因易出现夹泥、离析、缩颈、扩颈，甚至断桩等情况，且不容易被发现。

1 桩施工中的质量问题主要可归结如下

1.1 桩身混凝土强度低于设计要求，导致原因大致为：①不按规定配比制备混凝土；②浇注过程由于涌水或导管渗水导致混凝土稀释；③由于运输或浇注过程导致混凝土离析；④由于坍落度过大和易性差或搅拌后防止时间太长。

1.2 桩身结构不完整，诸如夹泥、空洞、露筋断桩、缩颈及扩颈等。产生原因有：①混凝土浇注导管初始位置距孔底距离过大，或拔管太快，或坍孔（钻孔冲孔桩）；②混凝土太稠导致空洞，桩身不密实；③孔位歪斜或钢筋笼未绑垫块或钢筋笼弯曲等导致漏筋；④ 施工中停电或其它原因停机使浇注不连续导致断桩；⑤拔管太快导致缩颈或断桩。⑥桩底沉渣太厚，孔壁附着泥皮太厚。

1.3 预制桩主要问题有桩身折断、开裂，桩入土深度不符合设计要求，其原因主要有：①桩身接头焊接不良，或桩尖贯入遇到障碍物弯曲变向，打入时折断等；②桩身混凝土标号低，或撞击次数太多导致破裂；③由于撞击能量偏小无法贯穿硬夹层是入土深度达不到要求。我国《基桩低应变动力检测规程》JGJ/T93—95的发布实施，使得基桩低应变动力检测工作有据可依。在中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003中，反射波法低应变检测作为基桩完整性检测的重要方法得已进一步明确。反射波法可对桩基工程质量进行普查，有利于整个桩基工程的质量控制，完全可以作为桩基工程成桩检查质量的一种有效方法，能为成桩质量评价提供依据。如何正确理解反射波法的适用范围，明确反射波法本身的局限性，在检测中减少误差，进一步提高结论的准确性显得尤为重要。

2 反射波法理论依据

反射波法检测桩身质量是依据应力波在一维均匀弹性直杆中的传播机理，通过分析应力波在桩身混凝土中的传播特点来对桩身的完整性进行判别的一种方式。该法以手锤（棒）撞击桩顶，产生一纵向应力波信号沿桩身传递，由加速度计（或速度计）拾取桩身缺陷处引起的反射波，由此判定桩身完整性，并有波速判断混凝土质量，该法检测设备简单，具有快速、无损等优点。但由于存在纵波反射信号以外的信号成分及桩周土的影响，响应曲线判读困难较大。有两个以上缺陷时，第一缺陷部位以下的缺陷较难判断。

3 反射波法的局限性

反射法本身的局限性在许多情况下是影响结论准确性的重要因素，它在以下几个方面存在不可逾越的障碍：①仅测出广义波阻抗的相对变化，可以区分缩颈类与扩颈类，也可以计算缺陷位置，但却不能确定缺陷性质、缺陷方位。②缺陷程度的定量分析很难达到理想效果，目前定量分析仍仅仅停留在指导阶段，缺陷程度也只能定性给出。③波速与振源频率和混凝土强度间的关系无法准确给出，尚无理想的波速计算公式，而依据施工桩长计算波速的办法存在很多具体问题，因此缺陷位置的判断仍只能保证10%的误差。④将加速度计长径比超过一定限度的桩、极浅部或太小的缺陷，应力波反射法无法正确测量。现有的测试理论和技术都难以解决这些问题。高频信号传不下去，测试范围有限；低频信号分辨率不够，容易形成绕射，漏判缺陷等等。⑤桩身存在多个缺陷时，深部缺陷容易误判。

4 正确采集反射信号

对检测结果进行评判的主要依据是应力波沿桩身传递过程中的反射信号。如何采集到正确合理的响应信号依赖于正确的试验技术及采取相应的试验手段，有以下几方面内容：

4.1 信号激振是检测工作的重要环节之一，对激振的要求有三点：①产生一定能量的应力波沿桩身传递；②激振信号的脉冲宽度需要人为加以控制。不同宽度的激振脉冲，对桩身不同部位（浅部、深部）的反射波信号的拾取有明显的影响。对于桩浅部反射波要求脉宽较窄，桩深部要求脉冲较宽。锤击力的脉冲宽度取决于锤的几何尺寸、重量及锤头材料。试验中应根据不同的要求加以选择；③激振应避免产生杂波信号，其锤击效果较大程度取决于试验人员的经验。为获得窄脉冲激振，可采用一种钢筒鞭炮激振方式。

4.2 信号采样频率选择应满足采样定理。

4.3 滤波技术的合理应用能明显地改善试验效果。试验中桩头传感器所接收到的信号不仅有纵波反射波，同时也接收到了直达波及其它随即杂波等信号，使反射波信号受到干扰。用电子陷波器原理研制出的一种测桩专用陷波器，能有效地陷除直达波及与反射波信号无关的频率成分，使反射波信号清楚﹑直观，桩底反射波信号增强。

4.4 当桩浅部存在较严重的缺陷时，其缺陷以下的桩身情况较难测出，采用陷波手段使频率分解的方法，可明显增强桩浅部以下的反射波强度。

4.5 传感器的选用及安装直接影响波形效果。选用时主要应考虑频率响应及灵敏度是否满足要求。桩浅部缺陷侧重考虑频率响应，一般应达10KHZ。桩深部反射波提取，主要应考虑灵敏度指标，速度计应优于300mv/s，加速度计应优于100mv/g。对于较长桩的桩底反射波的提取，应选用灵敏度加速度计。

5 反射波法低应变动测注意的问题

为了准确地分析和对桩身质量的评价，测试与处理完成后有必要做到以下几点：①结合地质资料、施工记录进行分析。施工工艺及外因控制等对基桩的完整性以及缺陷类型影响很大。预制桩、人工挖孔桩不可能缩颈，许多质量事故都发生在流水处或地层变化处，急剧变化的地层本身也会产生回波等等。查看地质资料对确定缺陷部位、排除地层影响很有必要。②利用定量分析帮助多缺陷和缺陷程度的确定。虽然定量分析本身尚有许多欠缺，但由于它分析了应力波在桩身传播的详细过程，只要桩土参数选取合理，对桩体质量的分析和判定起到很重要作用。③综合分析同一工程的所有被测桩。单独分析一根桩，不能全面衡量整个工程情况，有时非常危险。同一工地的地质和施工状态大多相似，寻找各被测桩之间的共性，再分析每一根桩是提高分析效果的有效手段。有条件的单位甚至可以在每个工程施工时监督严格要求施工的标准桩，用于校核各种分析用数据，提高分析准确性。

6 结语

反射波法桩基质量检测技术仍处在发展阶段，还有一些问题需要进一步加以研究。如难以对缺陷的程度加以定量的评判；桩周地质层的变化而形成的反射波其规律特征不很明确；很强的桩周土阻力会增大应力波向桩周土的投射能量，使桩深部的信息难以获取；桩的承载力不能确定等等。总之，只有通过广大科技人员及工程技术人员的不断努力，才能使该项检测技术不断达到新的水平。

参考文献：

[1]罗骐先.桩基工程检测手册.人民交通出版社.2003.

[2]桩基振动分析与质量监测.柳祖亭等编.东南大学出版社.

[3]建筑基桩检测技术规范.（JGJ106-2003）.中国建筑工业出版社.2003.