工程检测中低应变反射波法的应用

张晨阳

摘要：桩基础结构一直是工程建设中被广泛应用的一种基础，但因为其高隐蔽性而无法确定其质量，因此桩基检测对确保工程质量非常重要。低应变反射波法因为方便快捷、成本低、方法可靠等优点被应用于桩基的完整性检测。对低应变反射波法应用的研究很有必要。本文着重研究低应变反射波法在现场检测中的实际应用。

关键词：工程检测；桩基检测；桩身完整性；低应变反射波法

引言：桩基作为一种承载力高、沉降变形小的深基础，广泛应用于建筑、交通、铁路等行业的高层建筑、桥梁工程。桩基础的质量决定了高层建筑和桥梁的质量和安全使用，而基桩的质量又决定了桩基础的质量，所以基桩质量检测是保证高层建筑和桥梁质量及安全使用的重要手段。如何快速准确的检验工程桩的质量是目前土木工程届十分关心的问题，也是长期以来国内许多学者、检测人员从事的一个研究课题。

1、基本原理

1.1分类

桩基动力检测技术包括低应变反射波法和高应变法。当作用于桩顶的激振能量较大,直接测得的应力与设计极限值相当时，这便是高应变法；作用于桩上的激振能量较小，仅使桩土之间产生较小扰动，这类方法称为低应变反射波法。目前高应变法主要有波动方程法、Case法、 曲线拟合法、锤击贯入法等。低应变反射波法主要有机械阻抗法、应力波反射法、球击法，动力参数法和水电效应法等。桩基动力检测具有费用低、快速、轻便、适于普及等优点，这大大地促进了桩基动力无损检测的应用。

1.2低应变发射波法的应用原理

低应变反射波法又称为低应变法，是一种运用弹性传播方法的一维波动理论。假设桩身为一维弹性杆件，当对桩顶进行激振时，激振点附近会产生能量较低的振动，这些振动会形成应力波，在应力波的传播过程中遇到波阻抗界面变化的时候会产生反射波和透射波，在此处反射波和透射波成为新的振源在此周围引起振动，最后反射波和透射波经过基桩底部再次返回到桩顶的时候，被桩顶的传感器所接收，就会形成一定的波形，通过对其波形的研究就可以得出被检桩的桩身完整性情况。这就是低应变反射波法检测的基本原理。

在低应变反射波法桩基检测过程中，需要将激振反应分为稳态激振和瞬态激振两种情况进行研究。稳态激振是指使用电磁激振器，高频波为主，激振脉冲较窄，入射的波衰减较快，适合辨别基桩浅处的缺陷 ；而瞬态激振是指经过敲击，这以低频波为主，脉冲波变宽使入射波衰减变慢，较适合辨别基桩深部的缺陷。工程检测中一般采用瞬态激振法进行低应变发射波法的检测。瞬态激振的激发设备一般为人工手锤敲击。

1.3低应变发射波法的应用范围

低应变反射波法在检测过程中，由于桩侧土的摩阻力、桩身材料阻尼以及桩身截面阻抗变化等因素，使得应力波在传播过程，其传播速度和幅值将逐渐衰减，随着传播深度的增加使得其能量已完全衰减，致使检测不到桩底的反射信号，无法判定整根桩的完整性。因此一般规定检测的基桩桩径应小于2.0m，桩长一般不大于40m。超过此范围可采用声波透射法检测基桩的桩身完整性。

2、现场检测

2.1现场检测仪器及人员

检测仪器应具有信号采集、放大、滤波、显示、信号处理分析、储存功能；检测仪器的主要技术性能指标符合现行《基桩动测仪》JG/T518的有关规定；检测用计量器具必须在计量检定周期的有效期内；现场检测前应对仪器设备检查、调试，保证仪器设备性能稳定、运转正常。

检测人员必须持有省部级以上部门颁发的检测员证；根据现场报送的检测信息表中的检测工作量，配足检测人员，且不能少于2人。

2.2现场检测准备

进入现场测试前应收集该工程桩基础的第一手资料：工程水文地质、岩土工程勘察资料、桩基的设计施工图及成桩工艺、桩长、桩径、成桩日期、混凝土强度等。进入现场，观察、敲击桩头，了解桩头的质量。

受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70％且不小于15MPa或桩身混凝土龄期不小于14d。桩头须达到设计标高后，清理干净，桩头的材质和强度应与桩身一样，桩头的截面尺寸不宜与桩身有太大差异。桩顶检测面应平整、密实，并与桩轴线垂直，并用砂轮打磨出传感器安装点和激振点，应打磨光滑。打入桩和静压成孔预制桩的检测应在相邻桩施工完后进行。

2.3数据采集

传感器应安装在桩顶面，安装点及其附近不得有裂缝或浮动砂粒。传感器应与桩顶面保持垂直，且紧贴桩顶表面，在信号采集过程中不应产生滑移或松动。激振点与传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。激振方向应沿桩轴线方向。对于实心桩，当激振点在桩顶中心时，传感器安装点应如图1所示；对于空心桩，激振点和传感器安装点应如图2所示。

图1 图2

激振能量对低应变反射波法的测试效果影响很大，不同的锤击方式会产生相差很大的结果。一般来说，桩径小、桩长短的如CFG桩选择小锤，桩径大、桩长长的选择大锤，较长的桩采用脉冲宽的激振源，才容易获得较清楚的桩底信号。在检测现场，针对不同情况，应选择多种激振方式，以获得更多的现场数据，利于回去对数据的分析、判定。对于大锤来说，由于其较重，要避免多次激振，导致信号失真。同时，大锤敲击桩顶面不应损坏桩顶，防止信号畸变。现场击锤人员要相对固定，熟练掌握敲击的力度、垂直度等。

传感器是接收桩底反射信号的关键设备，其性能的好坏直接影响波形的采集质量，宜采用轻便的，避免出现杂波对真实信号产生干扰，并且要保证传感器与桩头紧密接触，，实践证明，采用黄油作为传感器与桩头之间的耦合剂可获得理想的波形曲线，一定不能用手按着传感器。

各检测点应重复检测大于等于3次，而且检测波形要具有良好的一致性。当信号干扰较大时，可采用信号增强方式进行多次激振，提高信噪比，获得良好的波形。不同检测点及多次实测获得的波形一致性较差时，要分析原因，排除人为与检测仪器等干扰因素，就地重复测试，增加检测点数量，以便回去对比分析。

2.4验证检测

若现场实测信号复杂、无规律，无法进行准确分析与评定；桩身截面渐变、多变，而且变化幅度较大的灌注桩；从波形上来看现场多数桩桩底反射不明显，无法对桩长与桩身完整性作出判定；柱桩桩底反射信号出现与摩擦桩相同的反射特征；且对低应变反射波法检测结果有怀疑或争议时，可采用钻芯法、高应变法或直接开挖进行验证。

结束语

在现场检测过程中，采集人员、采集设备、激振点、激振方式、激振能量、采集方式等的不同，会产生不同的效果。因而我们在平时的检测工作中要尽可能多的采用不同的检测方式获得实际数据，这样回去才能对被检桩以不同的角度进行分析，对被检桩的质量进行综合评价，在很大程度上能够提高基桩质量检测的准确性，确保在桩基工程中使用的基桩都能发挥其最大效用，使得工程质量合格。

参考文献

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[3]程双希.反射波法在桩基检测中的应用分析[J].科学之友，2008（1）：17-19.

作者简介：张晨阳（1995.06.07），男，汉族，山西运城人，本科，研究方向：工程检测.