低应变反射波法检测基桩的应用分析

刘元辉

广州开发区建设工程质量安全检测中心 广东 广州 510530

引言

国内建筑行业迎来新的发展时期，基桩工程得到广泛应用。在工程施工中因受到地质条件、工艺水平等因素影响，桩身很可能出现缩颈、裂缝、离析等缺陷，应加强基桩工程质量检验，其中低应变反射波法具有快速、易操作、经济等许多优点，被广泛应用于普查基桩的完整性。然后根据低应变检测的结果有针对性地选择其他合理的检测方法进行验证检测，可以有效地发现基桩的质量问题，保证基桩工程质量和安全。

1 低应变反射波法技术原理

若基桩中某处阻抗发生变化，当应力波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ时，将产生速度透射波Vt和速度反射波Vr。检测中主要研究对象是反射波Vr，桩身某部位阻抗变大或桩端阻抗变大时（如扩颈或嵌岩），即桩顶接收的反射波Vr值为负，表现在测试曲线（V-t曲线）上的特征为反射波与冲击波相位相反，其相对阻抗越大，反向峰值越高；桩身某部位阻抗变小或桩端阻抗变小时（如缩颈、夹泥等），桩顶接收的Vr值为正，表现在测试曲线(V-t曲线)上的特征为反射波与冲击波相位相同，相对阻抗越小，反向峰值越高。这是低应变测试中的桩身完整性的基本判定方法。

2 如何获取优质的低应变信号

2.1 选择精密的低应变检测仪和相应分析软件

好的仪器在数据采集时的信号的带宽、抗干扰等方面有很大的优势，这是获取优质信号的前提。功能强大的数据分析软件帮助能提高检测结果的准确性。

2.2 桩头的处理

对于灌注桩：需要完全破除桩头浮浆，露出新鲜砼面，然后用磨具在距桩中心约2/3桩径处均匀分布打磨出3～4个与桩身轴线垂直的平面，用于安装传感器，再在桩中心打磨一平面用作激振点，并清扫干净。对于预制桩：应将桩顶面用抹布擦洗干净，激振点和传感器宜在同一平面内，且与桩中心连线形成的夹角宜为90°，激振点和传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。

2.3 传感器的安装

应尽可能选择加速度传感器。安装传感器时要注意下列几点：a.应保证传感器的轴线与桩身的纵轴线平行；b.采用黏性好的胶结剂（如黄油），并使黏结剂在传感器和桩头间压缩得尽量薄，保证传感器与桩头紧密接触；c.传感器安装点及其附近不得有缺损或裂缝[2]； d.传感器一定要安装牢固。

2.4 激振锤的选择

一般来说，对于浅部缺陷可选用锤重小的激振锤，深部缺陷则应选择锤重大的激振锤，对于裂缝等类型的缺陷应选用硬质锤。现场检测时可准备大小不同，软硬不同的激振锤根据需要选用，切不可一个锤打天下。

3 桩身完整性类别和缺陷的判定

根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）的规定将桩的完整性程度根据缺陷程度分为四类。Ⅰ类桩：桩身完整；Ⅱ类桩；桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥；Ⅲ类桩；桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响；Ⅳ类桩：桩身存在严重缺陷[1]。 桩身完整性类别的判定主要是分析波形形态，根据缺陷位置的深度，反射波的相位和幅值高低和桩底反射波的幅值高低情况等，根据规范的有关规定进行判定的。不同桩身缺陷程度及类型波形具有不同的特征，现简列如下几点：a.完整桩的曲线特征：波形规则，无缺陷反射波，有明显的桩底反射；b.断桩：在实测波形上缺陷处的反射波幅值很高，有时甚至高于冲击脉冲的幅值，前沿陡峭并伴有多次反射，间隔时间相等，也无桩底反射。c.缩颈：在缩颈处有与冲击脉冲同相的反射波，反射波幅值与缩颈严重程度成正比，波形一般较规则，波速也较正常，一般可见桩底反射，如缩颈严重则难以看到桩底反射。d.离析：离析桩的同相反射一般较宽缓，往往反射峰并不强烈，甚至很微弱，主要表现在整桩波速偏低，无桩底反射。e.嵌岩桩桩底沉渣或持力层软弱： 波形规则，波速正常或偏低，桩底有明显的同相反射。

低应变反射波法测试得到的信息太少，没有足够的边界条件约束，导致其具有多解性。有时相同程度的缺陷可能因缺陷深度不同或桩周土阻抗不同，抑或冲击设备不同时，表现在接收的反射波幅值高低相差甚远。且有时接收到速度曲线可能十分复杂，究其原因可能是砼强度的变化或者桩身截面的变化或是桩周土阻力的变化，也可能是浅部阻抗变化的多次反射波与后续反射波叠加的结果，或者是几种因素的综合影响。这些应引起检测人员的注意。应结合场地地质条件，基桩施工工艺等因素综合分析判断，必要时可结合其他检测方法（钻芯法、声波透射法等）综合进行判定。

4 工程检测案例分析

案例1：广州某工程F4#楼设计采用冲孔灌注桩基础，砼设计强度C40，设计为嵌岩桩，持力层为微风化花岗岩。其中19#桩桩径为1200mm,桩长为14.43m。经测试该批桩的平均波速为4100m/s。如图1所示，该桩桩身范围内无缺陷反射波，但桩底有明显的同相反射，分析可能是桩底有明显缺陷或存在沉渣或持力层不满足设计要求。低应变法检测判定为Ⅲ类桩。后对该桩进行抽芯验证检测，钻孔两个，1#孔、2#钻芯孔均揭露孔底有10cm破碎，其余部分砼胶结良好，芯样呈长柱状，持力层为微风化花岗岩，钻芯法判定该桩为Ⅳ类桩。钻芯结果与低应变结果基本吻合，证明了低应变反射波法的判断是准确的。

图1 29#低应变实测曲线

图2 29#钻芯法照片

案例2：广州某工程采用冲孔灌注桩，砼设计强度C30，持力层为微风化花岗岩。其中A59#桩径为1000mm，桩长为15.87m。经测试批桩的平均波速约为3800m/s。如图3所示，该桩在5.1m左右有明显的同相反射波，分析可能是由于该处桩身存在缺陷引起。其后紧跟一个强烈的反相向反射信号，该反相反射信号的二次反射与桩底信号叠加照常桩底信号无法识别。低应变法检测判定该桩5.0m左右有明显缺陷，判定为Ⅲ类桩。后对该桩进行抽芯验证检测，钻芯孔均揭露孔桩顶下5.09～7.00m（长1.91m）蜂窝沟槽连续，胶结差。桩底为中风化花岗岩，不满足微风化岩要求。钻芯法判定该桩桩身完整性类别Ⅲ类桩，持力层不满足要求。桩身缺陷与低应变检测判定基本一致，但因为没有获得有效的桩底信号，无法判定桩底缺陷，这时应综合其他检测方法综合判定。

图3 A59#低应变实测曲线

案例3：广州某房地产项目采用冲孔灌注桩，桩身砼设计等级为C30，持力层为微风化花岗岩。其8#桩桩径为1200mm，桩长为17.70m，图4为该桩的低应变实测曲线，由曲线可见，4.5m左右分别有一轻微的同向反射，桩底反射不清楚，但是该工程其他正常桩桩底均有明显的嵌岩反应。因此建议该桩采用其他方法检测。图5为该桩的超声波检测深度—声时—声幅曲线图，波列图显示4.0～4.5m有严重缺陷。抽芯检测，桩身该部位部砼离析。超声波和抽芯检测均判定为Ⅳ类桩。对于此类无明显缺陷反射波，也无明显桩底反射波的曲线切不可一律判定为Ⅰ、Ⅱ类桩，应尽可能多的收集多相关资料和综合其他检测方法判定，防止漏判错判。

图4 8#低应变实测曲线

图5 8#超声波检测深度—声时—声幅曲线图

5 结束语

低应变检测技术具有费用低、检测速度快等优势，非常适合基桩的质量普查。一般情况下能较准确的判定基桩存在的质量问题，并定性判别缺陷的严重程度。但其也存在一定的局限性如：不能对缺陷程度定量分析，桩身存在多缺陷或地质条件复杂时，多种反射波叠加造成曲线复杂难以判定。这时要求检测人员应多结合相关资料综合分析，必要时应结合其他检测方法综合判定才能更加准确的确定缺陷类型与位置，由此取得更加客观准确的检测结果。