低应变反射波法在桩基检测中的应用

青海省核工业地质局 臧丽萍

低应变反射波法在桩基检测中的应用

青海省核工业地质局 臧丽萍

一、低应变反射波法的原理

低应变反射波法是以一维弹性理论为基础的。在该检测方法中，将需要检测的桩简化成1根一维弹性细长杆（具有一定的约束力），假设桩身材料均匀（或分段均匀）且各向同性，当有一脉冲力施加到桩顶时，其中就会有弹性应力波产生，此时桩身的动态响应可以被安装在桩顶的传感器接收，进而可以分析出应力波的变化特征，最终即可判断出桩身质量及其完整性。在分析检测过程中，主要用到以下公式。

式（1）中，Z为波阻抗，ρ为桩身材料密度，c为波速，A为桩身截面积。

式（2）中，Vi为入射波波速，Vr为反射波波速。

式（3）中，Z1，Z2分别为1，2的波阻抗。

式（4）中，c为波速，Δt为时差，L为缺陷深度。

二、现场测试时的控制要点

1.测试时间。混凝土强度会随着其龄期的增加而增加。当混凝土强度和弹性模量达到一定值的时候，用铁锤在桩头敲击桩体中就会产生一定的应力波，并且应力波会在桩体当中传播。但如果桩体的弹性模量较小时，就算有再大的敲击能量，也不会有应力波出现。因此，应在桩身混凝土达到一定龄期之后再进行相关桩检试验。一般桩检试验都在成桩14 d后进行，对于长桩来说更应如此。对于预制刚性桩，由于打入时桩的侧摩阻力具有一定的时效性，刚打入时桩所具有的摩阻力与打入后7 ～14 d的摩阻力有很大差距，因而需要在桩被打入后立即进行检测，这样有利于获取桩底反射。需要注意的是，若预制桩是被静压打入的，则应在相邻桩打入之后再进行检测。

2.桩头处理。处理桩头时，首先应确保其达到设计的有效标高，其次必须将桩顶的污泥、积水清理干净，桩顶松散部分应被开凿至露出崭新截面，并且应确保其具备一定强度，尤其应确保传感器的安装部位及锤击点平整、坚实。如果桩头在松散部位安装传感器，那么测得的信号就会不理想，甚至会测不到信号；如果锤击点过于松散，就会导致大量能量被消耗，致使桩体无法被整体激振，最终会影响整体质量。对于桩头露出的钢筋笼，应选择适合的高度将其分开。如不对其进行适当处理，敲击时钢筋上产生的振动反射波会叠加于入射波中，最终会对识读浅显部位的缺陷波形产生一定影响。在桩检现场，应保持无其他振动；不能边破桩头边测试，否则破桩头的风镐声和气泵声会导致传感器无法分辨触发。对于预应力管桩，当桩身混凝土已与法兰盘紧密结合，就可以不再进行任何处理，否则就需要锯平桩头，如果承台或垫层与桩头相连，则需将其断开。

3.安装传感器。检测实心桩时，应将传感器安装在平整桩面的2R/3坚实处。空心桩的传感器安装点与激振点的平面夹角应≥90°，并且要远离激振点以及桩头露出钢筋的位置（一般需要＞ 50 cm），以免杂波对检测造成干扰。如果桩的直径较大，则可以安装2个或2个以上传感器。

4.锤击激振。锤击激振时，需要考虑锤体的质量、材质以及锤垫厚度等问题。如果锤击脉冲过宽，就会将桩身的浅部问题掩盖；如果锤击脉冲过窄，则会出现应力弥散现象。另外，如果锤击的能量过小，就很难使整个桩体产生激振。

如果锤击碰撞的时间较短，其声音较为清脆，则其频率就较高；如果碰撞的时间太长，并且声音过于沉闷，其频率就会偏低。在桩土系统阻尼的作用下， 高频率震源会很快出现衰减现象，但其穿透力在判断浅部缺陷时具有一定优势，可由于震源频率高时会有大量冲击主频产生，会导致信号出现漂移，因而对滤波的要求比较高；低频震源能够将不合理的振荡消除掉，其波速偏低，穿透力较强，并且衰减速度较慢，所以对深部缺陷以及大、长桩的检测效果较好。

锤击时，应注意合理把握轻重，做到一锤定音（垂直），避免连续敲击，并且要让力棒自由下落（一般来说，最佳高度为50 cm）。但如果测试时存在较大干扰，则可以增强信号，提高信噪比。

5.防治干扰。在检测现场，常见的干扰一般有振动与机电两种类型。振动干扰如打桩等，交流干扰多是信号、电源的输入端感应等。如果地面潮湿、下雨或者周围存在强电磁场，则可采取将信号线悬空和换用直流电源的方式进行防治。注意不要用手直接碰触信号线的裸露部位。