低应变法检测工程基桩浅部缺陷的波形实例分析

摘 要：结合工程现场实例，简要论述了低应变反射波检测方法的原理和工程中常见的浅部缺陷桩，并详细分析了实际检测工作中典型浅部缺陷的低应变反射波形曲线。根据实测波形资料，总结了检测工作中常见的各种浅部缺陷桩的波形特征和技术要点，为判别基桩缺陷性质提供借鉴。通过对基桩浅部异常波形曲线的详细分析，避免实际检测工作中的错判或漏判。

关键词：基桩检测 低应变反射波法 实例分析 浅部缺陷

中图分类号：TU473 文献标识：A

Example Analysis of Testing the Waveform of Shallow Defects in Project Foundation Piles by the Low Strain Method

CHEN Hui1.2

1.Railway Engineering Research Institute， China Academy of Railway Sciences Group Co.， Ltd.， Beijing;2. State Key Laboratory for Track Technology of High-Speed Railway，Beijing，100081 China

Abstract： Combined with the examples of the engineering site， the principle of the low strain reflection wave detection method and the common pile with shallow defects in the project are briefly discussed， and the low strain reflection waveform curve of typical shallow defects during actual detection is analyzed in detail. Based on the measured waveform data， the waveform characteristics and technical points of various common piles with shallow defects during detection are summarized， which provides reference for distinguishing the defect properties of foundation piles. The shallfa34eaed373f6f3fcf93ac88138b6bd3b872ebc75b0a106faf8b563cb1b19dc2ow abnormal waveform curve of foundation b9e2f942692ca3cae7e09d218d6fa0b76b3d9962dd32702642d1fcdd7931b2b4piles is analyzed in detain， so as to avoid erroneous judgement or missed judgement during actual detection.

Key Words： Foundation pile testing; Low strain reflection wave method; Shallow defect; Case analysis

作为基桩检测的方法，低应变反射波法检测保障了基桩施工的工程质量，并以其方便、快捷、检测费用低等优势，得到了工程质量检测人员的广泛认可。低应变反射波法适用于检测混凝土桩身的完整性，确定桩身缺陷程度及位置。

随着工程建设的发展，基桩使用非常普遍。在基桩施工过程中，桩身浅部常存在质量缺陷问题。基桩属于地下隐蔽工程且在桩身浅部，其质量控制要引起重视。如果基桩桩身浅部存在缺陷，缺陷部位将会产生应力集中，影响承载力的发挥，对结构安全造成隐患，将直接影响工程质量安全。对浅部缺陷现场检测时，在桩身浅部易形成检测盲区，而且基桩桩身浅部缺陷极易和浅部扩径混淆。浅部波形复杂，极难判断，很容易漏判，或者错判。基于此，本文结合工程实例及常见质量缺陷，详细分析和论述在基桩浅部缺陷在低应变法检测中的应用效果[1-2]。

1 关于检测原理的分析

假设基桩桩长为，横截面积为，桩身的材料密度为，弹性波速为，质点运动速度为，桩身截面的广义波阻抗为。设在基桩桩身某缺陷处存在突变界面，参数由 变为。入射波为，对应的波速为；反射波为，对应的波速为；透射波为，对应的波速为。在突变界面处，质点运动速度、、满足连续条件，应力波满足平衡条件，根据波动方程理论有下列关系：

式（1）、式（2）、式（3）、式（4）中，脚标、、分别表示入射波、反射波和透射波，、分别为反射界面上下桩身的广义波阻抗。

定义广义波阻抗比，反射系数，透射系数，则由式（1）、式（2）、式（3）、式（4）得：

由式（5）、式（6）可知，如果要在桩顶接收到反射波，必须满足。对于完整桩，桩身范围内波阻抗无差异，，所接收到的反射波信号基本上是桩底反射波信号；对于缺陷桩，即桩身范围内存在波阻抗差异，反射系数值在范围内，因此根据反射系数的正负来判断桩身缺陷的性质。

当时，反射波与入射波同相位，若、，即桩身材料性质不变，应力波由大截面向缩小的截面传播；若、，即桩身截面无变化，应力波由高强度材料向低强度材料传播。

当时，反射波与入射波反相位，若、，即桩身材料性质不变，应力波由小截面向增大的截面传播；若、，即桩身截面无变化，应力波由低强度材料向高强度材料传播。

当桩身无缺陷时，桩身内部无反射波，只有桩底反射波；当桩身有缺陷时，反射波和入射波在实测时域波形曲线上呈同相；当由于桩身扩径等原因导致波阻抗增加时，反射波和入射波在实测时域波形曲线上呈反相[3]。

2 桩身浅部缺陷检测实例波形分析

实例一：某工程基桩设计桩长38 m，设计桩径1 m，设计强度C30，低应变法检测波形见图1，图1（a）该波形表现为形态异常的低频波形，波形上未知缺陷位置，但图1（b）的波形曲线可知缺陷位置。因此在现场基桩检测时，对于浅部缺陷，如果激励脉冲宽度比较小，则可以检测和识别浅部缺陷及其具体位置。

实例二：某工程基桩设计桩长21 m，设计桩径1 m，设计强度C30，低应变法检测波形见图2，缺陷位置在距桩顶约3 m处。

实例三：某工程基桩设计桩长27 m，设计桩径1 m，设计强度C30，低应变法检测波形见图3，缺陷位置在距桩顶约4 m处。

实例一、二、三，从波形上看，均为浅部缺陷桩，缺陷反射波信号强烈，缺陷特征明显且位置清晰可见。施工现场对缺陷基桩进行开挖并得到验证，采取接桩处理。这种桩的低应变反射波形曲线特征明显，浅部存在较强的反射，这种信号特征很容易辨认识别[4]。如果使用低频锤（或力棒）激振时，入射脉冲较宽且时域信号中的低频波形是异常的，并且难以确认缺陷位置。然而，当使用高频锤（或力杆）激振时，高频信号在低频信号的基础上叠加，高频信号的对应位置即是缺陷位置。这种具有严重浅部缺陷的桩易于检测和处理。通常的处理方法是将上部凿除后，接桩处理即可。

实例四：某工程基桩设计桩长30 m，设计桩径1.25 m，设计强度C30，低应变法检测波形见图4，基桩缺陷位置在距桩顶约7.5 m处。从低应变检测波形看，有缺陷多次反射波，反射次数达四次。图中所示并非桩底反射波，而是缺陷的第四次反射波。因为如果此处是桩底，波速仅3 035 m/s，波速偏小。据现场挖验结果，约11 m处才见混凝土界面。此桩可以判断为完全断桩。

这种缺陷类型的桩在缺陷位置表现出周期性的多次反射波，在波形曲线中反射波的幅值较高，清晰可见，而且反射间隔相等。

实例五：某工程基桩设计桩长35 m，设计桩径1 m，设计强度C30，低应变法检测波形见图5，基桩缺陷位置在桩身浅部，在桩身浅部存在波形振荡，无桩底反射波信号。根据现场施工灌注记录，该桩存在混凝土超灌，现场地质资料显示，该区域原地面下1～2 m范围是淤泥质黏土，开挖在距离桩顶约1.5 m处出现严重扩径。因此，由于严重扩径，检测波形出现异常振荡波形，并非桩身存在不良缺陷，判断为桩身浅部扩径。

这种情况在低应变检测中很常见，波形多次反射，桩底不明显，很容易将其误以为桩身浅部缺陷，需要根据实际开挖情况进行判别[5-6]。

3 结语

对于桩身浅部明显缺陷的基桩，当用重锤激振时，测得的低应变反射波形曲线呈现宽峰或大低频振荡曲线特性，缺陷位置不易判别，如果采用极小的锤轻敲可以检测识别出断桩的具体位置。现场检测时应根据桩的长度和直径选择合适的振源和激振方法，并根据缺陷位置的深度改变锤击脉冲的宽度。长桩或深部缺陷应采用宽脉冲检测，短桩或浅层缺陷应采用窄脉冲检测。一般来说，浅部缺陷的反射波信号比深部缺陷的反射波信号更明显，且浅部缺陷反射波存在多次反射波。

对于桩身浅部扩径的基桩，信号极易和浅部缺陷混淆，浅部反射信号不易分辨，为排除因桩身扩径造成的误判，在实际检测中根据低应变法检测波形对基桩质量进行判识时，要根据施工记录、地质资料、开挖情况和检测经验进行综合判别。

参考文献

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[2] 郑长杰，丁选明，栾鲁宝，等.低应变瞬态荷载作用下基桩动力响应解析解[J].土木工程学报，2019，52（11）：79-85.

[3] 李业亮，汪燕宁.低应变法浅部缺陷测试波形分析与验证总结[J].工程技术，2023，50（3）：84-87.

[4] 孔德勇.低应变反射波法在某工程灌注桩桩长检测技术应用[J].土工基础，2023，37（2）：326-329.

[5] 周建，郭真真，崔伟杰，等.基桩低应变检测方法及在工程检测中的应用[J].广东建材科技，2023，32（1）：126-130.

[6] 陈辉.低应变法检测中缺陷桩的处理措施及其效果分析[J].工程地球物理学报，2014，11（1）：128-132.