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摘要：桩基质量的好坏将直接影响上部建筑结构的稳定性，因此桩基检测工作至关重要。本文通过介绍低应变反射波法的工作原理，并结合在混凝土灌注桩桩身完整性检测中的应用实践，总结了桩身常见缺陷类型及检测波形，并归纳了基桩浅部缺陷检测中相关注意事项。
关键词：低应变反射波法；完整性；检测；反射波
随着工程建设的迅猛发展，桩基础作为一种十分重要的基础形式，被广泛运用于各个方面的基础工程中。由于基桩属于隐蔽工程，施工程序复杂、难度大、要求高，且容易受自然、人为等因素的影响，而使施工质量出现问题。因此，基桩质量的检测就显得尤为重要。基桩检测的目的是为了查明桩身结构的完整性和承载力，保证建筑物的质量与安全使用。目前，费用低、检测速度快及覆盖面广等优点的低应变检测在基桩完整性检测中的应用广泛，在低应变检测中，又以发射波法应用最为普遍。
1 原理
低应变反射波法是将弹性固体内应力在一维空间的传播作为理论基础，将桩等价为一细长的杆，桩长为L，横截面积为A，弹性模量为E，质量密度为ρ，当桩顶受到一纵向锤击力时，由平衡关系及虎克定律可得桩的纵向运动方程
式中，
为沿桩身传播的纵波波速，当波沿桩身传播遇到阻抗发生变化时，会产生反射与透射，据应力波理论和牛顿第三定律可得
UI+UR=UT
A1（σI+σR）=A2σT
据波阵面上动量守恒条件，有
ρ1C1A1（UI－UR）=ρ2C2A2UT
其中U，σ分别表示应力波波速和应力，下标I、R、T分别表示入射波，反射波和透射波，由上述可得
UR=－FUI
UT=TUI
n=ρ1C1A1/ρ2C2A2
F=（1－n）/（1+n）
T=2/（1+n）
式中，ρ，C，A为广义波阻抗；F为反射系数；T为透射系数。
1.1 不同类型桩的反射特征
（1）完整桩
即ρ1C1A1=ρ2C2A2，n=1，F=0，桩底反射信号清晰，无桩间反射波迹象；检测波形规则衰减。若为摩擦桩，由于桩身材料的ρ1C1远大于桩底土的ρ2C2，n＞1，F＜0，UR＞0，反射波与入射波同相位；若为嵌岩桩，由于桩身材料的ρ1C1A1远小于桩底基岩的ρ2C2A2，n＜1，F＞0，UR＜0，反射波与入射波反相位。
（2）扩径桩
即A2＞A1，则n＜1，F＞0，UR＜0，反射波与入射波反相位。
（3）缩径桩
即A1＞A2，则n＞1，F＜0，UR＞0，反射波与入射波同相位。
（4）离析桩
即ρ2C2＜ρ1C1，n＞1，F＜0，UR＜0，反射波与入射波同相位，但离析桩中整桩平均波速低。
（5）断桩
波形不规则，畸变严重，振幅衰退慢，无桩底反射信号，或信号较弱，桩间反射能量较强。当已知波速的情况下，根据实测波形反射波的到时，可计算桩长或缺陷位置，其数学表达式为L=C×ΔT/2。
1.2 现场检测与信号处理
检测前对桩头进行必要的清理，首先挖至桩顶设计标高，凿去浮浆，露出坚硬的混凝土表面，平整桩头，并冲洗干净且无积水。再对检测仪器设备进行全面检查，确认仪器设备能正常使用。采用力棒给桩头施加竖向激振力，产生应力波，通过安装在桩头上的传感器接收来自桩身的反射信号，通过动测仪对信号进行处理存储。
通过动测仪（现场）或室内计算机进行信号放大、滤波及分析处理后，得到速度时程曲线。据此，即可根据波形特征进行分析，计算平均波速，判断桩身完整性及混凝土质量。根据被测桩波形、波速，结合工程地质及施工记录，综合判断桩身的完整程度类别。
现场检测如图1、图2所示。
2 实例分析
2.1 桩身无异常
当桩身完整无异常时，桩底反射明显，无明显桩身反射信号，桩长和波速值合理。如图3所示，该桩设计为摩擦桩，桩身完整，桩底反射波与入射波同相位。
图3 桩身完整
2.2 扩径
受地质条件和施工工艺的影响，桩身容易产生扩径现象，扩径位置不同，测试曲线亦不同。
（1）桩头扩径
桩头扩径，俗称“大头桩”，扩径部分以下为正常桩径，它会造成桩身浅部“相对缩径”，有明显反射波，且反射波与入射波同相位。如图4、图5所示，该桩设计桩径1.0m，桩顶高程处桩头直径1.5m，桩顶高程以下1.9m左右桩径1.0m，检测信号在1.9m处有明显反射波，反射波与入射波同相位。
（2）桩身扩径
桩身扩径，测试曲线会出现先扩后缩反射波，如图6、图7所示，该桩设计桩径1.0m，桩顶高程以下1.5～3.2m桩身扩径，3.2m以下桩身恢复设计桩径。
图6 1.5～3.2m桩身扩径
图7 1.5～3.2m桩身扩径（照片）
2.3 缩径
缩径是常见的缺陷类型，桩身有较明显反射波，且反射波与入射波同相位。其严重会出现周期性反射波，无桩底反射波。如图8，图9所示，该桩在桩顶高程以下3.1m左右桩身缩径。
2.4 离析
离析也是常见的缺陷类型，桩身有明显反射波，且反射波与入射波同相位。如图10、图11所示，该桩在桩顶高程以下3.1m左右混凝土离析。
2.5 裂缝
在桩身裂缝处，会形成与入射波同相位的反射波。当桩身断裂时，缺陷反射波在桩顶面与缺陷面之间来回反射，反射波呈周期性，反射波能量有规律递减。如图12、图13所示，该桩在桩顶高程以下3.4m左右出现环向裂缝。
图12 3.4m左右桩身断裂
图13 3.4m左右桩身断裂（照片）
3 注意事项
（1）资料收集：检测过程中应注意资料的收集，包括地质勘察报告、施工工艺、成孔记录、灌注记录等，有助于测试数据的分析与判断。
（2）桩头处理：现场测试时应保证桩头无浮浆，保持桩头平整且干净，桩头表面无松动现象，以免造成误判。
（3）现场测试：现场测试时应选择合适的激振设备和粘结剂，并且击振点位置应选择在桩的中心，以激励出合适的脉冲宽度、频率、能量等。只有通过敲击产生合适的振源，才有可能得到正确的波形曲线。
4 结束语
总之，桩基础的质量是工程质量的根本，关系到人民的生命与财产安全，因此对于基桩检测显得十分有实际意义。低应变反射波法进行灌注桩的检测，不受场地条件的限制，检测仪器体积小、便于携带，检测费用低，检测结果准确度高，对确保工程质量具有重要意义。同时也要注意相关事项，对于有缺陷的桩，需多方面综合分析，以保证桩基础的质量，更好地提高基桩检测的精确度与可靠度。
参考文献：
[1]李光旭.探讨低应变反射波法在桩基工程检测中的局限性[J].黑龙江交通科技.2015（08）
[2]许峰，李佳，张海丰.低应变反射波法在实际工程中的应用及常见问题浅析[J].公路工程.2012（04）
[3]虞子平，李东云，金铮，王文权.基于低应变反射波法分析基桩缺陷[J].土工基础.2009（03）
论文作者:叶贤龙
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/7
标签：反射论文; 桩头论文; 相位论文; 波速论文; 应变论文; 波形论文; 入射论文; 《基层建设》2016年6期论文;