桩基检测中低应变反射波法的实践应用

廖振华，赵 凡

［中大检测（湖南）股份有限公司，湖南 长沙 410000］

0 引言

从目前的情况来看，在很多项目中，桩基都会被采用，特别是在要求规范不断提高的情况下，在复杂的地质条件下，桩基的使用将会更为明显。由于桩基础工程的特殊性和隐蔽特性，在工程建设过程中经常会出现各种问题，这就要求对桩基础进行检测和控制，而低应变反射波是一种典型技术，在实际工程中应该得到更广泛的应用。

1 低应变反射波的应用原理分析

在桩基础探测工作中，采用了基于应力波学原理的低应变反射波检定方法。在桩基检测中，一般采用小应变反射波来判定桩体的完整性，并可以迅速检测出桩长，并判定桩体的整体品质有没有问题或者缺陷。在桩身的具体工作中，通常由测试员用锤子在桩头上进行击打，从而形成一种压力，并在此过程中会形成一种应激波，这种冲击波会通过桩顶扩散至底部，直至桩尖处或缺陷处出现一个反射信息。当应力波沿着桩身传递时，一旦碰到桩身截面的异常部位，就会发生相应的反射。用来接收应力波的装置，就是装在桩顶端的一个感应器，这个感应器会把这个接收信号进行放大，由相应的数据分析仪对这个信号进行处理，再由相应的数据处理软件对其进行输出，并将其转化为图形（图1），这样工作人员就可以对其进行观察和分析，从而迅速而有效地判定出桩身有没有问题。在对大批量混凝土桩进行测试时，通过实测的波速度平均值，可以比较出相对强度。

图1 桩的低应变反射波的应用原理

2 桩基检测工作的流程和环节介绍

2.1 准备阶段

在进行桩基础测试时，首先要做好前期的工作。在进行桩基础测试前，获得有关资料和资料是非常必要的，所以在进行桩基础测试前，应尽量做好相应的前期工作，以保证资料的正确性。在做好前期工作的前提下，后续的桩基检查工作要更加科学、高效。其中包括收集、整理和分析有关资料，并根据工程的特点和实际条件，选用最合适的测试参数。因此，在进行桩基础检验之前，应尽量做到最大限度地改进，以保证其与所期望的工作目的相符，从而保证检验的准确性[1]。

2.2 桩基检测流程的推进工作

在桩基础正式检测前，有关工作人员必须认真地校准调试仪器，以保证其在桩基础检测工作中的正常使用。在对测试仪器进行校准调试后，再将相应的桩基础测试指数设定在仪器上。另外，需要对现场的测点进行清理，并保证桩编号的正确。同时，在现场安装感应器时，应按现场实际状况设置感测器，以改善信号接收的效果。

3 桩基检测工作中的注意事项

3.1 桩头的清理工作

在进行桩基础检测时，要特别关注桩头的处理工作，这是一个比较关键的环节，所以要加强对其的处理。在处理桩头时，工人必须保证其测点打磨到位、表面清洁，任何细小的杂质和大的损伤都不得在桩头上留下痕迹，不然就会影响低应变检测的效果。

3.2 传感器的安装工作

在桩基础检测工作中，准确、科学地设置传感器是实现信号获取的关键。从专业的理论观点出发，认为传感系统的传输速率和效率主要依赖于传感元件的品质和与桩表面的连接，当传感元件的重量较低时，其与桩表面的连接跟紧密，则其讯号与桩端粒子的共振频率愈高。在桩基础检测中，如何合理地设置传感器是保证测试精度的关键。

3.3 激振锤的合理选择

在桩基础检验中，选用合适的激振锤也对检测工作的品质起着关键作用。小型的振动锤体体积小，其自身所蕴含的能量也就低，使用小型的振动锤子对其进行检测时，会造成在进行过程中的信号减弱，无法将相应的信息进行反射，或使其返回的信号品质不佳，精度无法得到保障。所以在桩基检查中，大桩的检查要尽量选用质量大、能量大的，以便快速地检查出大桩深层的问题和缺陷。在发现问题和缺陷的部位比较浅的情况下，可以使用能量更低、频率更高的小型振动锤子来确定具体部位和深度。

4 低应变反射波检测的缺陷成因及缺陷特征

在桩基中存在着蜂窝状、离析、缩径、扩径、夹泥（层）、断裂等。本文从理论上对不同类型的问题进行了讨论，并对不同类型的反射波形特性进行了研究。

4.1 蜂窝状的瑕疵

通常因原料的使用不当，或者因井内落下的淤泥、砂及残留在桩体内的浮渣、浆液等引起。由于这些微小的空隙分布在强度高的水泥中，一部分激振波会以反射形式传回桩头，另一些会被散射，而另一些则会通过或绕过桩底部，然后被反弹至桩顶部。因此，具有低幅度的同相位的反相段和相对于具有较低幅度的同相位（持力层是土壤或完全的风化层），或者是具有反相区（即是中生期）的基部的反相区。桩的平均纵波速度比完全桩要小一些[2]。图2为桩基根部蜂窝状的瑕疵。

图2 桩基根部蜂窝状的瑕疵

4.2 离析类缺陷

由于混凝土的混合不匀、输送路线过长、水泥被水泡等原因，导致了大量的粗集料聚集，从而导致了桩的混凝土分离。在离析类型的表面上形成了一种同相的反射，在下面的一种表面上形成了一种比较微弱的反向反射，而在深层则是一种只有一个衰减的正弦波，而在表面则是一个复合的。

4.3 缩径类缺陷

在经过水力作用下，在受水力作用下，该土体在受水力作用下，会在桩内形成一个突出的凹坑，从而减小了桩直径。另外，在通过含有压力的地层时，会因地面水流的持续冲刷而导致水泥灰分损失，从而出现收缩。结果表明：在直径缩小的情况下，顶部表面出现了同向的射波，而底部的表面则出现了一个比较微弱的逆向反射，幅度与直径减小的幅度相关。这些问题与离析孔洞型结构的本质区别在于：激振动波会从桩体中央传递至桩底，并在一定程度上使桩体发生反弹，使桩体的平均纵波速度保持在一定范围内。

4.4 扩径类缺陷

在易于塌陷的地层中可形成直径；在地基上进行多次钻孔，可使地基在遇到水分和软弱的土壤中发生扩张；在岩体中进行爆破，往往会使直径增大。在膨胀段上部的上表面会形成反向的反射波，在下部的表面形成一个相对比较弱的同相位的反射波。

4.5 断裂类缺陷

造成桩体破裂的因素很多。其原因是由于不正确的弹击引起的相邻桩身产生的挤压破裂或由于土的凸出而导致的破坏；在灌注期间，由于灌注期间的持续工作，导致了桩身的持续出现了大量的淤泥。在浇注水泥过程中，如果拔掉管道太快，很可能会导致断裂；而挖掘机械在开挖过程中，由于受外力的影响，产生了断裂。当桩体破裂、破裂处充水或膨胀时，其反射率较高，且具有较大的反射波形和较大的幅度。如果断裂面平整，断裂面与桩顶部之间的间距不大，则可在探测曲线中产生3次或更多的反射。

5 提高低应变反射波检测准确性的若干方法

为了满足不同的探测长度和对不同深度的各类缺陷的分析，使用了多种类型的测试锤。通过对各种锤型的测试，发现在对相同的桩身进行测试后，对其影响的波形差异进行分析，可以获得较为完整的桩基完整性数据，而且更加精确、直接。数据表明，普通的小型锤子可以检测到3~20m的区域，中的锤子可以检测到5~30m的缺陷，而大的锤子可以检测到10~50m的缺陷。所以要注意避免使用小锤子测试长桩。反之，对靠近桩端的缺陷最好用小锤在桩顶上多对几个点进行检查。此外，锤子的材料、锤垫厚度等对冲击力的频率，即影响频谱的组成也有一定的影响。在测试时，应充分利用各种材料和质量，并按要求选用不同材料和质量的锤头，使其达到要求的振动频率和激振能量[3]。

5.1 强化桩顶处理工作在实际工程中，对桩进行检测是最

基本的一项工作。许多反射波的收集结果均不尽如人意，原因在于对桩的清除不到位。比如桩端的淤泥没有完全清除，桩身不平，桩上有积水，这些问题看起来很普通，但对信号的影响，就不容小觑了。

5.2 加固后的桩端

在桩端采用了其他的形式，并对其进行了加固处理。这将会对测量到的波形产生一定的干扰，甚至会对信号的反射产生影响。其主要的问题在于：在受激振时，由于受弯构件引起的振动，很容易被探测器所接受，然后再与反射波进行重叠。此时所获取的信号非常复杂，难以进行有效的数据分析。有关规范中也有明确的要求，应将感应器放置在距离钢筋50mm的地方。

5.3 强化桩侧破坏检测

桩侧破坏的因素很多，既有预制桩，也有灌注桩。但其普遍特征是：桩顶破坏或桩体表面疏松，使桩身的弹性波能迅速减弱，使桩间桩和桩基的反射波减弱，进而对波形的辨识产生不利的作用。从图3和图4可以看出，由于桩顶的原因对同一桩的探测效果有很大的不同。也是对我们在检验前要做好的准备工作。

图3 桩头浮浆未曾彻底凿除前

图4 桩头浮浆清理后

5.4 重视测桩盲区的研究

在桩头被锤击打后，其锤击能沿着“桩-土”体系的深度传播是起伏的，而向下的压力波一旦发生桩周阻抗发生改变，则会引起向上的应力-反射波。在桩顶部受到点振源锤击干扰后，初始波动区在桩顶部附近产生了一个球面波，其扩散不能达到平面假设。而下行和上行阻力波、桩身阻抗的改变，则具有明显的优越性，而下行的压力波常常会遮蔽上行波。在桩尖出现这样的情况，即为测桩眼的死角。对于较小的变形，在1~1.5D（D是桩的直径）或在小于5m的桩长度范围中，容易成为试验的死角。试验时，要选用较轻、较小的锤子进行多次敲击，对实心桩进行试验，则要在桩截面中央进行敲击，而对于中空桩，则锤击点与传感器的安装位置应该处于相同的平面，并与桩身的连线呈90°，击打部位以桩身厚度的1/2为宜。在有需要的时候，通过加大测量点数来判断浅层的问题，然后用大锤子击打出桩底的反射。

5.5 如果采集到振荡波形，应分析产生原因及消除方法

在测量桩的结构完整性时，采用低应变方法，在波形获取时容易产生振动波。首先要注意传感器的接收是否满足规范的要求，也就是完成了桩顶处理，准确选择传感器位置，粘贴紧密。在此基础上，应将传感器放置在距离桩身1/2~2/3的范围内，由于该部位的扰动最少，而且耦合剂的弹性过高或过粗或固定不牢固，都会引起振动。其次，要恰当地激发能量。实践证明，在能测到桩底的情况下，尽可能减少桩周土参与震动，减少对反射波的影响。所以，土层越好，桩越长，就应该使用大锤子，而不是使用小锤子。此外，还应注意到桩头的加固、周围环境的干扰。

6 结语

低应变反射波检测具有操作方便、经济实用等诸多优势，因此，在测量中要重视每个工序中的细微差别和可能产生的各种影响。综合考虑一切问题，才能得出的结论与真实情况相符。[