打开文本图片集

摘要：基桩是工程建设中最重要的环节，但其质量保障往往难以控制，只有加强基桩完整性检测的方法，才能保障工程质量的安全性。低应变反射波法是一种被广泛的桩基质量检测方法，具有简单、高效、准确等优点。本文论述了低应变反射波检测法的基本工作机理，探讨了低应变反射波法在桩基完整性检测中的应用，应用表明该技术可以用于桩身缺陷定性检测，同时也可用于对缺陷类别的判断[1]。

关键词：低应变反射波法;原理;完整性检测;应用;波形分析

引言：

随着工程建设的发展，桩基础在地基处理中得到了广泛的应用。桩基础属地下隐蔽工程，因此，其质量很难得到保证，施工过程中难免会出现缩颈、扩颈、断裂、夹泥、离析等缺陷。为了保证桩基安全可靠，进行桩基完整性检测是十分有必要的。桩基完整性检测技术目前主要有低应变法反射波法、高应变反射波法、声波透射法等。其中低应变反射波法具有检测快速、方便，测试资料分析简单、精确，费用低廉等优点，因此其被众多的检测单位所采纳与应用。

一、基本原理[2]：

反射波法是建立在一维波动理论基础上，将桩假设为一维弹性连续杆，在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，波阻抗将发生变化，产生反射波，通过安装在桩顶的传感器接收反射信号，对接收的反射信号进行放大、滤波和数据处理，可以识别来自桩身不同部位的反射信息。利用波在桩体内传播时纵波波速、桩长与反射时间之间的对应关系，通过对反射信息的分析计算，判断桩身混凝土的完整性及根据平均波速校核桩的实际长度，判定桩身缺陷程度及位置。

二、基本假设：

1、将反射波法应用于基桩检测中，做了如下假设：

（1）桩自身：一维连续均质线弹性;材料 均匀、等截面，变形中横截面保持为平面且彼此平行，横截面上应力分布均匀，忽略横向惯性效应。（2）没有考虑桩周土影响。（3）没有考虑桩周土耦合面的影响[3]。

2、广义波阻抗：

广义波阻抗是桩身横截面积、材料密度、和弹性模量的函数。

Z=EA/C=ρcA

式中  Z为桩的广义波阻抗（N·s/m）、c为桩的弹性波速（m/s）、C为桩的弹性模量（N/㎡）、ρ为桩的质量密度（kg/m³）、A为桩身截面面积（㎡）。

3、桩身阻抗变化的影响：

（1）：波阻抗近似不变：桩的质量和完整性均无变化，此时Z1≈Z2，则n≈1，F≈0，T≈1，即几乎无反射波，全部应力波几乎全波投射过界面传至下段。

（2）：波阻抗减少：桩身缩颈、离析、断裂、夹泥、疏松、裂缝、裂纹等，下段波阻抗变小，此时Z1>Z2，则n>1，F<0，T>0，反射波和入射波相同。

（3）波阻抗增大：桩身扩径，下段的波阻抗变大，此时Z10，T>0，反射波与入射波相反。

4、桩底波阻抗变化的影响：

（1）：波阻抗近似不变：桩身持力层与桩身阻抗近似，此时此时Z1≈Z2，则n≈1，F≈0，T≈1，即几乎无反射波，全部应力波几乎都透过界面传至下段。因此，若桩底岩石与桩身混凝土波阻抗相近时，将无法得到反射信号。

（2）：波阻抗减小：桩底持力层阻抗远小于桩身阻抗，此时Z1》Z2，则n→∞，F≈-1，T≈0，桩底反射波信号与入射波相同。

（3）：波阻抗增大：桩底持力层阻抗远大于桩身阻抗，桩底近似固定，此时Z1《Z2，则n≈0，F≈1，T≈2，桩底反射波信号与入射波反向，速度幅值近似相等。

由上可知，当桩界面上下段的波阻抗相差越大时，反射系数F越大，故所测的反射波也越明显，由此可定性的判定波阻抗变化的程度。

三、低应变反射波法在桩基完整性检测中的应用[4]

1、完整桩：一般完整桩在时程曲线上的特征为：

波形规则，波列清晰，桩底反射波明显，易于读取反射波到达时间。

2、缩颈（夹泥）桩：缩颈处截面积变小，波阻抗减小，应力波遇到缩颈会产生与入射波振动方向同相的反射，波形比较规则，波速一般正常。一般能看到桩底反射，若缩颈部位较浅，缩颈还会出现几次反射，但若缩颈程度严重，则难以看到桩底反射。如下图所示，经开挖验证，在0.5m～1.0m左右处夹泥、露筋，系浇筑过程中塌孔所致。

3、扩径桩：扩径桩在曲线上反射波形较为规则，扩径处的反射波呈反相，或先反相后续同相，也可能有多次反射，一般情况能看到桩底反射。需要注意的是，如果桩周土较硬，波形曲线上也会出现类似于扩颈的反射波。

4、离析桩：由于离析部位的混凝土松散，对应力波能量吸收较大，形成的缺陷子波不规则，后续信号杂乱，而且频率较低，计算得到的波速偏小，一般不易见到桩底反射。

5、断裂桩 ：由于在断裂处波阻抗的突变，在时程曲线上的反应有以下三种情况：

（1）上部断裂往往呈高频多次同相反射，反射波幅值较高，衰减较慢;

（2）中部断裂反映为多次同相反射，缺陷的反射波幅值较低;

（3）深部断裂波形反映下，类似摩擦桩桩底反射，但计算的波速明显高于正常桩的波速。

结语：低应变反射波法是目前检测桩基完整性检测的重要手段，与其他方法相比，具有无损、简便、高效等优点，可以较准确的检测桩是否发生缩颈、扩颈、断桩、离析等缺陷，还可进一步确定缺陷的程度及位置范围。因此，该方法在桩基完整性检测中得到了广泛的应用。但同时也需要看到的是，该法毕竟是通过桩顶一点来了解一根桩的情况，因此，对桩基检测情况的判定应综合考虑各种条件，并且应在实际检测中不断积累经验，提高检测水平，这样才能为工程提供准确的检测结果。

参考文献

[1]兰杰.如何在桩基检测中运用低应变反射波法技术[J].科学与财富.2012（03）.

[2]周宇.低应变检测技术在桩基检测中的应用[J].广西水利水电.2007（01）.

[3]刘福臣，王文，张振善，刘文卿.桩基低应变检测波型分析及桩身完整性判别[J].港工技术.2012年第02期

作者简介：

胡科（1994.03.10），男，汉族，湖北孝感人，本科，

单位：武汉新业人力资源服务有限公司，研究方向：工程检测，单位所在的省市：湖北省武汉市，邮编：430063