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摘要：基桩检测做为建筑工程施工试验的重要组成部分，从实际工程检测应用来看，反射波法是基桩完整性检测中最为有效、应用最普遍技术方法。本文将对利用反射波法检测基桩完整性的技术应用做重点分析。
关键词：反射波法；桩基检测；条件；分析
1、工程概况
某高层商住建筑群基础采用桩基基础。其中灌注桩837根，人工挖孔桩456根。上部结构为大空问厂房时桩基采用的是人工挖孔桩，混凝土强度等级为C30，桩径为0.8m，桩长15m左右。上部结构为多层房屋时桩基采用的是灌注桩，混凝土强度等级为C30，桩径为0.8m，桩长12m左右。
2、桩基现场检测具备的条件
（1）工程地质资料、桩基设计图纸、桩位布置图、桩基施工记录。
（2）桩头的处理：凿去桩顶的浮浆露出桩体的混凝土面。
（3）仪器的检测：仪器电量情况，电脑主机、加速度传感器连接线头、力锤是否正常，耦合剂等物品是否带全。
（4）参数设定：选择测试的模式，输入工程名称、桩号、桩长、桩径、波速等参数。
（5）加速度计的安放：把加速度计用耦合剂粘贴在桩顶提前磨平整的位置，确保粘贴牢固。
3、现场数据收集与分析
根据检测过程中收集到的具体数据及检测中出现的问题，对桩基检测的影响因素进行了分析。
3.1桩头处理及平整度的影响
在现场信号采集的过程中，桩头的处理是非常关键的一步。桩头处理得不好，就不能采集到较为理想的波形，进而为后续数据处理及检测报告的输出带来麻烦。在检测过程中常见的情况是桩头浮浆清理不彻底，采集到的波形不理想，信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲，不能客观地反映桩身的完整性情况。图1（a）是未清理浮浆前收集到的波形，可以得出此桩桩头松散，由此产生激荡波形。此类波形无法反映出桩身的真实情况。将桩头浮浆彻底清理且露出含骨料的混凝土面。图1（b）是将桩头浮浆清理干净后收集到的波形。分析清理浮浆后收集到的波形，激荡的波形消失了，桩体有轻微的扩径，桩体缺陷部位表达清楚。此波形可取。
图1 桩头浮浆对波形的影响
操作建议：桩头应该露出含骨料的混凝土面，粘贴传感器和进行锤击的位置打磨平整、处理干净，不能破碎。在锤击时若出现敲击处混凝土敲碎的情况，应重新打磨一个平整的锤击点。
3.2锤击位置的影响
《建筑桩基检测规范》JGJ106—2003第二条要求“实心桩的激振点位置应选择在桩中心”。在检测过程中，锤击位置不能总是完全确定在桩的中心位置，所以在检测过程中将锤击位置做了比较。图2为锤击点位置对波形的影响。
图2 锤击点位置对波形的影响
对比收集到的两种波形：①锤击在桩的中心位置，波峰到波峰所用的时间为Δt=6.22ms，应力波在C30混凝土中传播的波速V大致为3800m/s，得出L=11.818m，满足工程误差5％要求；②锤击不在桩的中心，波峰到波峰所用的时问为△t=6.31ms，应力波在C30混凝土中传播的波速大致为3800m/s，得出L=11.989m，满足工程误差5％要求。根据此原理同样可得出缺陷处的位置，虽存在一定误差，但都在工程允许误差范围内，对桩身质量优劣的判断没有影响。
根据上述分析可得出锤击位置对波形的收集影响不大，但在实际检测中应尽量符合规范要求选在桩的中心位置。桩顶面应密实、平整、自由。
3.3锤击速度的影响
锤击速度的大小决定了能量的大小。速度小能量小，则应力波会很快衰减，从而看不到桩下部缺陷和桩底反射；速度大能量大，但锤击速度过大会造成桩顶混凝土的酥松。在检测过程中，根据多次反复试验，得出锤击速度对检测波形的收集也存在影响。综合上述的试验数据可得出：锤击速度影响不是很大，曲线的趋势大致相同，检测过程中只需要根据检测条件施加适合的速度即可。
3.4加速度传感器粘贴位置的影响
现场检测过程中将速度传感器和加速度传感器进行对比检测。选用速度传感器采集的波形曲线对浅层缺陷反应不是很明显，而选用高灵敏度加速度传感器测试所采集到的波形曲线没有振荡且缺陷反应明显。
《建筑桩基检测规范》JGJ106—2003第二条要求“测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处”。在检测过程中进过多次反复检测，发现传感器粘贴在桩径的1/2R～2/3R（R表示桩的半径）范围内，收集到的波形曲线都是可取的，桩体的缺陷能清楚地表达出来。
图3为传感器粘贴位置影响下的波形图。检测桩长、设计桩长及两者的相对比值列于表1。结合波形曲线和表1的数据可以得出，在1/2R～2/3R范围内：波形表达的信息完整；缺陷位置表达清晰。不在1/2R～2/3R区间内收集到的波形虽然说有桩底反射，但反射不明显，且缺陷的表达也不明确。
图3 传感器粘贴位置对波形的影响
3.5锤头特性的影响
锤击过程中有两种锤头，刚性锤头（铁头）和柔性锤头（尼龙头）。刚性锤头能激发出高频脉冲波，提高浅部缺陷处的分辨率，但高频波容易衰减（图4（a））；柔性锤头能产生较宽的初始波，有利于桩底反射，但对桩身缺陷的分辨率会降低（图4（b））。
图4 不同锤头下的波形
锤击产生质点的震动，质点震动形成波动传播，波动传播在桩头附近可近似为半球面波，远离桩头后可近似为平面波，检波器接收的是平面波。为了能够有效地识别浅层缺陷，测量人员应提高激振脉冲波频率以提高分辨率，在发现浅层部位信号发生异常时，应用刚性锤头配合柔性垂头进行激振，可更清楚地识别浅层缺陷。
4、关于波速与桩身混凝土强度的关系
采用低应变反射波法检测桩身完整性，桩身的混凝土波速是一个重要的判断依据。反射波法检测基桩时，一般会由监理或施工单位提供桩身混凝土的设计强度和施工桩长，根据波速与混凝土强度正相关的关系，混凝土强度越高，波速越大，但往往实测波速与理论上的波速会有较大差别，不能依据波速来评定混凝土的强度等级，波速只是一个相对参考值，对于桩身完整性的判定不能说明实质问题。波速会随许多因素的变化而变化，如桩身几何尺寸的变化、桩周土体阻力的影响、桩身混凝土配合比、养护方式及成桩工艺等。由纵波在桩身混凝土中的传播速度公式可知，计算的波速是否准确与实测波形曲线中桩底信号能否正确判断、能否正确读取桩底反射波的到达时间以及现场提供的施工桩长的准确性有很大关系。
5、结语
桩基工程是地下隐蔽工程，检测人员需要规范操作。①桩头的处理是非常关键的一步，尽量避免浮浆清理不彻底的现象。②锤击位置应服从规范的要求，在有障碍的情况下可适当选取其他位置。锤击位置与粘贴传感器位移应平整。施加适当的速度，工程检测人员应注意把握。③运用加速度传感器来收集波形，加速度传感器粘贴应牢固。粘贴位置可选在1/2R～2/3R位置。④应用柔性锤头来检测。当发现浅层部位信号发生异常时，应采用刚性锤头进行激振，配合柔性锤头收集的数据，可更清楚地识别浅层缺陷。
参考文献
[1]JGJ106—2003.建筑桩基检测技术规范[S].
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[3]桩基工程手册[S].北京：中国建筑工业出版社，1995．
[4]韩小敏.声波透射法在基桩质量检测中的应用[D].武汉：武汉理工大学，2007.
论文作者:张珊珊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/20
标签：波形论文; 波速论文; 桩头论文; 桩基论文; 位置论文; 锤头论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2018年第14期论文;