泸州市立通公路工程检测试验中心 四川泸州 646000
摘要：钻孔灌注桩桩身完整性无损检测方法主要有低应变反射波法、声波透射法和高应变动测法。其中低应变反射波法具有仪器轻便、操作简单、检测速度快、成本低等优点，可检测灌注桩混凝土缺陷及位置，判定桩身完整性类别。但低应变反射波法也有受低应变锤击能量影响检测深度受限制，出现多个缺陷不容量判定准确等缺点。本文从低应变反射波法的检测原理出发，结合自身的一些实践，浅谈一下低应变反射波法在基桩检测中的应用。
关键词：桩身完整性；低应变反射波法；应用
引言
钻孔灌注桩是桩基础中应用最广泛的基础形式，其质量直接关系到建筑等工程结构的安全，更关系到人民群众的生命财产安全及社会安定，所以对基桩的质量检测成为工程质量检测的一项重要检测内容。
1 低应变反射波法的基本原理
1.1基本假设
假设受检桩为一维弹性均质杆件，其介质均匀连续，纵向振动时桩横截面保持为平面，横截面的轴向应力均匀分布，忽略横向惯性效应。入射波波长远大于桩径，信号沿桩身传播不发生衰减，在测试过程中，认为桩周土对桩身应力波的信号不发生影响，也不考虑桩土耦合面的影响。
1.2检测原理
取桩身某段为一个分析单元，其波阻抗、介质密度、纵波波速及横截面积分别用Z、ρ、c、A表示，则：Z=ρcA，当桩身几何尺寸或材料物理性质发生变化时，相应的ρ、c、A发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。
在桩顶激振后，将产生压缩波，以波速c沿桩身向下传播。当遇到波阻抗界面时，产生反射波和透射波。根据应力波传播理论，只要两种介质在界面处始终保持接触（既能承压又能承拉而不分离），根据波阵面动量守恒条件可求得反射系数F，F=（Z2－Z1）/（Z2+Z1），Z2、Z1为介质的波阻抗，桩身各种性状以及桩底不同的支承条件均可归纳成以下3种波阻抗变化类型。
1.2.1 波阻抗近似不变（Z1≈Z2），桩身完整、均匀、无缺陷。桩底支承介质与桩身阻抗近似，无明显阻抗差异。即桩身应力波为全透射波，无反射波信号产生。
1.2.2波阻抗减小（Z1＞Z2），桩底支承介质较桩身材料软以及桩身断裂、缩径、空洞、离析及裂缝等都属于这种类型。反射波为上行拉力波，反射波速度信号与入射波信号相位一致。
1.2.3 波阻抗增大（Z1＜Z2），桩底支承介质较桩身材料硬、桩身扩径及鼓肚都属于这种类型。反射波为上行压缩波，反射波速度信号与入射波信号相位相反。
2 低应变反射波法的检测及缺陷判定
2.1现场检测技术
2.1.1现场调查及资料收集
在检测前，需要调查项目现场的情况，了解待检桩基所处的土层条件、相应的地质勘探报告及桩基的相应资料信息、桩基的施工工艺、施工人员水平、以及施工记录等。
2.1.2桩头处理
凿除桩头浮浆或松散、破损部分，露出坚硬的新鲜混凝土表面，保证桩头干净干燥，无破损，并使桩面水平。敲击点与传感器安装点要打磨平整，并断开桩与其它结构物的连接。
2.1.3安装传感器
传感器安装应与桩顶面垂直，应与锤击点保持在一个水平面上，以消除入射波与反射波产生相位夹角，对检测数据产生影响。耦合剂应具有足够的粘结强度。如果耦合效果不好，可以在桩头滴少许502胶，再将橡皮泥压入桩面，然后再将加速度计旋入橡皮泥。传感器的粘结点与激振力的施加点之间的距离要满足相关规范的要求。有外露主筋过长而影响正常测试时，应将其割短。
2.1.4检测数据采集
检测前对仪器进行检查，确保仪器处于正常使用状态。根据待检桩的条件选择适宜的激振条件及信号接收条件，遵循小锤敲小桩，大锤敲大桩，小桩用轻锤，大桩用重锤的原则。施加锤击激振力时，要满足时间激振力的条件要求。注意手锤应垂直与桩面，锤击点平整，锤击干脆，形成单扰动。每根被检桩应进行至少三次的重复检测，存入仪器之前要检测波形图的完整。
2.1.5 分析、判定检测数据。
以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合施工情况岩土工程勘察资料和波型特征等因素进行综合分析判定。波速计算：
式中（图2），c—桩身材料的一维应力波纵波波速（m/s），简称波速；L—测点下桩的长度（m）；Δt—桩底反射波峰值与入射波峰值的时刻差（s）；Δf——幅值谱上完整桩相邻峰值间的频率差（Hz）。
被检工程的桩身材料平均波速值为5根以上Ⅰ类桩的桩身波速平均值。
在《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004）中，完整性类别的划分：
Ⅰ类桩：桩端反射较明显，无缺陷反射波，振幅谱线分布正常，混凝土波速处于正常范围。
Ⅱ 类桩：桩端反射较明显，但有局部缺陷所产生的反射信号，混凝土波速处于正常范围。
Ⅲ 类桩：桩端反射不明显，可见缺陷二次反射波信号，或有桩端反射但波速明显偏低。
Ⅳ 类桩：无桩端反射信号，可见因缺陷引起的多次强反射信号，或按平均波速计算的桩长明显短于设计桩长。
3 实际应用中的一点心得
3.1用波速推定桩身混凝土强度的误区
采用应变实测波速推定桩身混凝土强度是不可取的。因为低应变法得到的是桩的平均纵波波速，因而推定的强度是全桩长范围内的平均强度。由于桩的结构强度受桩身局部混凝土强度（低强度位置或缺陷位置）控制，所以推定桩身平均强度的实用意义不大。另外，低应变实测波速除与桩身混凝土强度有关外，还与混凝土的骨料品种、粒径级配、密度、水灰比、成桩工艺等因素有关。其次，影响波速的因素也很多，如锤击频率、锤击点与传感器间的距离等。这些因素都会造成在整桩走时的判断上存在误差，因此波速的测量也存在误差。
3.2 低应变应力波反射法振源特性对检测结果的影响
整个检测系统的各个环节都会对低应变桩基检测技术的结果产生影响，使检测结果不准确。根据大量工程经验可知，振源对检测结果的影响尤为关键，譬如窄脉冲信号有利于检测信号分辨率，利于桩身浅部、轻度缺陷的识别、判定；相反，宽脉冲信号则产生相反的作用。锤击材料的硬度、锤击能量的大小及锤击时与桩顶面的有效接触面积等是激振效果的主要影响因素。手锤锤击时与桩顶面的有效接触面积越小，信号脉冲的宽度就越窄。
论文作者:徐静
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/1
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