广州开发区建设工程质量检测中心
摘要：低应变反射波法是测定混凝土桩桩身完整性的一种检测方法，其经过多年的研究、应用及发展，该项技术已经逐渐走向成熟，事实证明它是一种准确可靠、经济快捷的检测手段。本文主要分析低应变反射波法检测的原理，低应变反射波法检测桩体完整性的可行性分析研究以及提高低应变反射波法在基桩完整性检测准确性的方法。
关键词：低应变反射波法；基桩完整性；检测；应用
引言：桩基是一种地下成桩工艺，也在我国高层建筑的建造过程中以及各种道桥基础建设中广泛采用。众所周知，基础建设在建筑过程中的作用以及对于建筑整体质量的影响是非常大的。因此，对于基桩桩身完整性的检测是十分重要，也是十分必要的。低应变反射波法是一种非常优秀的检测方法，具有价格低、操作简便、对桩身无伤害性等优点，目前被广泛应用于建筑行业基桩桩身完整性的检测中。
一、低应变反射波法检测的原理
低应变反射法是检测指在桩顶施加一个动态力，同时桩身土壤体系在激振力的作用下产生动态响应，同时采用传感器在桩顶获取瞬态激振后的动态响应信号，通过波动理论与振动理论以及应力波的传播规律，对信号的时域分析或传递函数分析来对桩身结构完整性进行判断。当纵波沿着无限长直杆进行传播时，它将沿某一方向前进，将能量输送到无限远处。但在实际的应用当中，杆的长度是有限的，当波与杆端相遇时，根据边界条件，纵波将会在端部边界发生反射或透射的现象。当应力波传到桩底接触到相比桩身更为柔软的土地界面时，此时会发生与入射波同相位的反射现象，因此反射回来的波与入射波同相位。由于反射波和入射波相位相同，因此在反射点处会有明显的波幅增加，形成全反射现象。而在相反情况下，应力波传到桩底然后接触到相比桩身更为坚硬的岩层界面时，此时会发生与入射波反相位的反射现象，因此反射回来的波与入射波存在相位差，并且发生叠加，形成半波损失反射现象。无论以上哪种情况，只要当应力波沿着桩轴线在垂直于界面的情况下，进入到另外一种介质中去，那么对于两种介质就都会发生扰动现象，而应力波分别向两种介质进行传播，因此，会在介质分界面上发生反射以及透射现象。
二、低应变反射波法检测桩体完整性的可行性分析研究
反射波法是建立在一维波动理论的基础上的。假设桩为质地均匀、各向同性的一维线弹性体（桩的长度远大于直径，且入射波波长λ大于桩的直径），当用手锤在桩顶敲击时，产生的应力波在桩身传播满足一维波动方程，对于水泥搅拌桩的假设设定如下：一是水泥搅拌桩是否可视为一维杆件；二是水泥搅拌桩桩身材料是否可视为弹性材料；三是水泥搅拌桩桩身波阻抗是否可以被识别。
从目前工程上的应用来看，水泥搅拌桩桩径多为50cm，桩长多为8m以上，长径比一般在16以上，符合桩长远大于桩径的理论条件，桩体可视为一维杆件。水泥搅拌桩是由水泥就地与地基土充分搅拌硬化而成，水泥土在受力初期，应力与应变关系基本上符合虎克定律。可视为弹性材料。与混凝土灌注桩相比，尽管水泥搅拌桩桩身波阻抗明显要小，但目前大量的工程试验资料证明，水泥搅拌桩桩身抗压强度可达1.2MPa以上（425＃水泥，喷灰量50kg/m，龄期90d），其抗压强度远大于桩周土强度，基本符合一维波动方程的理论假设。对实际工程桩的检测也表明，一维压缩波在水泥搅拌桩桩身以内的入射、透射、反射特征清晰基于以上分析，反射波法检测水泥搅拌桩的桩身质量是可行的。
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从该种方法的实际应用与可靠性分析来看：与检测混凝土灌注桩相比，反射波法检测水泥搅拌桩有着其自身的特殊性。首先是检测时确定检测龄期的问题。统计资料表明，到28d龄期时，水泥土的强度为设计强度的60%左右，到90d龄期时才能达到设计要求。从检测效果的角度出发，龄期越长，强度越高，检测效果越好。如果过早地进行检测，水泥土尚未完全硬化，水泥土的波阻抗与桩周土的波阻抗较为接近，则不满足一维波动方程的理论假设。或由于锺击时，因为桩身整体强度不高，形成波形的低频震荡，导致无法进行有效的分析与判断。因此建议水泥搅拌桩最佳的检测龄期为28d以后。经过大量的实践证明，只要选择合理，处理得当，在满足一定的条件下，完全可以利用反射波法检测水泥搅拌桩的桩身完整性。
三、提高低应变反射波法在基桩完整性检测准确性的方法
1、数据采集对准确性的影响
在低应变反射波法的数据采集过程中，应该注意以下几点：
1、在测试前，应把桩头钢筋切割开，认真清理桩头浮浆及破碎部分，直到露出坚硬混凝土界面，使桩头密实，并尽量平整，至少应在成桩后8d～15d 方可检测。
2、对于实心桩，传感器安装点与锤击点的距离不宜少于桩径的1/4；当锤击点在桩顶中心时，传感器安装点与桩顶中心的距离为桩半径的2/3。对于空心桩，锤击点和传感器安装点宜在桩壁厚的1/2处，传感器安装点、锤击点与桩顶面圆心构成的平面夹角宜为90°。对发现信号异常或有明显缺陷的桩，应增加安装点和锤击点，以便取得可靠信号和消除干扰信号，传感器应与桩头结合牢靠。
3、一般来讲，激振能量与脉宽取决于激振工具的重量、外形尺寸、锤头材料及打击力度。作用时间越短促，其力脉冲时间越窄，所含的高频成分越丰富；反之作用时间越长，其能量将主要集中在低频范围。铁锤敲击桩顶激发的脉冲窄而尖，其激发频率相对较高，对于检测短桩及发现浅部缺陷有好处；尼龙锤或橡皮锤或木锤激发的脉冲宽而低，激发频率相对较低，对于发现深部缺陷及长桩桩底反射有好处。所以，在检测过程中应根据不同的目的选用不同材质、不同重量的锤击振。
4、采样时间间隔过大，轻微缺陷会被掩盖，桩底反射不明显；采样时间间隔过小，对缺陷的性质、量度不易识别，一般采样时间间隔宜为20~100μs。
2、数据分析对准确性的影响
在进行波形分析前，应了解所测桩位地质情况，持力层情况，桩基施工方法，桩顶是否有护筒（由于没护筒桩头常扩大后恢复，会出现浅部缩须，而有护筒则易出现护筒底扩孔信号）及护筒深度，在了解完以上情况后，可看桩底反射信号，桥梁桩基长，但由于大部分嵌岩（微风化基岩），故桩底反射信号经放大后可很清楚判定。低应变法检测桩身结构完整性，波形采集过程中极易出现振荡波。首先应考虑的是传感器接收是否符合规定要求，即桩顶处理完毕、传感器位置选择准确、粘贴紧密其中，传感器位置务必按规范要求，安置于距桩中心1/2～2/3倍半径处，因这种位置干扰最小，同时，粘接剂弹性太好或太厚或安装不牢靠也都是产生振荡波的原因。其次，激振能量要适当。经验显示，以能见桩底反射为前提，使桩周参加振动的土体尽量少，减小对波形的干扰。因此，土愈好，桩愈长，应采用大锤敲击，反之，用小锤敲击。最后，不要忘记桩顶钢筋的干扰因素、周围环境的电磁干扰。
四、结束语
低应变反射波法检测桩身完整性有着测点多、经济、便捷等优点，其可以在较短的时间内完成大量而且复杂的的工作，是微波电子检测技术与电子计算机技术在土建工程实际应用取得良好效果的又一典范。但低应变反射波法也有不准确性和不全面性，需要检测人员需要用心对待每一个环节，不断地学习、积累检测技术与经验，才能更准确地判定桩身质量，为我州的建设事业做出更大的贡献。
参考文献：
[1]文海霞，郑国勇.低应变反射波法桩基检测的试验研究[J].路基工程，2009（2）：137-138.
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[3]张金铃.基桩低应变检测缺陷程度的定量分析方法[J].西部探矿工程.2006
论文作者:曾滔涛
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/6
标签：反射论文; 应变论文; 水泥论文; 完整性论文; 桩头论文; 应力论文; 传感器论文; 《基层建设》2016年7期论文;