摘要：本文阐述了桩基低应变检测波型分析及桩身完整性的重要性，对桩基低应变反射波法基本原理进行说明，做出桩基低应变反射波波型分析，希望对我国桩基低应变检测波型分析及桩身完整性判别有所帮助。
关键词：低应变检测波型；桩基低应变检测；桩身完整性判别
根据桩基体系中桩顶、桩身、桩端等各部位反射波的特征，分析产生离析、夹泥、缩径、断裂、扩径差异等缺陷的原因，探讨各类型缺陷的处理措施，建立同相反射波和反相反射波的判别标准。通过对大量现场检测资料的分析，验证判 别标准的合理性和适用性，该方法对提高桩身完整性判别检测的精度有较大帮助。
一、桩基低应变检测波型分析及桩身完整性的重要性
随着我国经济的不断发展和进步，桩基质量检测中的低应变反射波是桩身完整性的综合表现，受桩身整体混凝土的均匀性和密实性、桩长参数的准确性、尺寸效应、激发能量和频率响应等因素的影响，因此，对低应变反射波法检测曲线的分析解读显得尤为重要。在《建筑基桩检测技术规 范》（JGJ106—2003）中，根据时域信号是否出现桩底反射波特征进行桩身完整性分类，但对桩身不同类型缺陷并未给出具体的反射特征。灌桩桩作为一种常见的桩基型式，在电力、交通、水利、市政、工业与民用建筑等行业中广泛采用。灌注桩在成桩过程中，由于不可避免地要受到混凝土自身质量、操作人员素质、施工工艺、地质条件及桩土体系相互作用等相关各因素的综合影响，极易出现各类缺陷，因桩身深埋于地下，隐蔽性极强，极难发现质量问题，一旦出现工程质量极难处理，若控制不当将危及上部主体结构的正常使用与安全，为排除工程隐患，确保工程质量，基桩检测成为灌注桩工程极为重要的质量控制环节。基桩检测技术通常有直观检查法、辐射能检测法、静力检测法和动力检测法。基桩动力检测技术目前主要有低应变 法、高应变法，各有优缺点。低应变反射波法因其具有室外数据采集快速、仪器轻便、测试成本低廉、测试周期短、测试信号分析简单、对桩身无损，非常适用于规模普查，因此在桩身质量检测中应用最为广泛，主要用于检查桩身完整性，检查缩径、扩径、夹泥、断桩、空洞、离析、沉渣等桩身可能存在的异常及其位置，并核对桩长、推算混凝土强度等。
二、桩基低应变反射波法基本原理
反射波法是以应力波在桩身中的传播反射特征为理论基础的一种方法。该方法所采用的基本模型假定桩为连续弹性的一维均质杆件，并且不考虑桩周土体对沿桩身传播的应力波的影响。因此，桩的典型弹性体振动模型是直杆的纵向振动。取直杆的轴线作x轴，假设变形前的原始截面A、密度ρ、弹性摸量E及其他材料性能参数均与坐标无关，各运动参数仅为x和t的函数，直杆各截面的纵向振动位移可表示为u（x，t）。时域分析原理，垂直入射的应力波在桩内传播过程中，当桩身存在波阻抗差异界面时，在界面上将产生反射波和透射波，反射波将沿桩身反向传播到桩顶，而透射波继续向下传播。当桩身几何尺寸或材料物理性质发生变化时，相应的ρ、Vc、A发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。
三、桩基低应变检测波型分析
1、桩顶部位的反射波型。桩顶部位易出现浮浆、松动和断裂等浅部缺陷。当敲击脉冲力的波长大于缺陷深度时，浅层应力波的反射频率较低、振幅偏大、周期较长，常出现低频振荡减弱信号。根据波动理论，应力波沿桩身传播时会逐步衰减，而激振频率越高衰减就越快。如出现桩顶部位浅层缺陷的波形时，应尽量改用材质较硬、质量较小的钢锤或铁锤，使脉冲力的频率较高但持续时间较短，可尽量减小激振波的波长，能使缺陷位置的判断更准确。桩顶部位的浮浆、松动和断裂等浅部缺陷被清除后，再进行检测时一般能得到较理想的检测信号。
2、桩身部位的反射波型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在桩身范围内出现的同相反射波均属于离析、夹泥、缩径和断裂等缺陷。根据基桩的应力波理论，阻抗 z=A•ρ•c，其中A为桩的截面面积；ρ为桩身材料的密度；c 为应力波速。设缺陷上部桩身的阻抗为 z1，缺陷部位的阻抗为 z2，当A、ρ、c 这 3 个物理量中的1个或几个开始减少时，会导致缺陷部位的阻抗 z2 小于桩身阻抗 z1，而阻抗比 n=z1/z2＞1.0，反射系数 Rr=（n-1）/（n+1）＞0，即桩身出现同相反射，同相反射的幅度越大说明缺陷程度就越严重。不同缺陷类型的缺陷阻抗值和反射波特征各不相同，要通过分 析不同反射波的特征来判断桩身缺陷类型和程度。离析、夹泥和空洞等缺陷会使缺陷部位桩身的密度ρ2小于正常桩身的密度ρ1，则反射波型表现为同相反射，反射波幅与缺陷程度相关，但反射波的频率明显降低，这是与断桩的主要区别，一般情况下，离析、夹泥和空洞等缺陷会探测不到桩底反射波。发生桩身缩径时，缺陷上界面的截面面积 A2 小于正常桩身的截面面积 A1，则反射波型表现为同相反射；如果缩径的范围较大，缺陷部位下界面的截面面积 A3 大于 A2，则会出现 n’= z2/z3＜1.0 和 Rr’=（n’-1）/（n’+1）＜0，又会表现为反相反射。由于桩身缩径部位混凝土的密度未发生很大变化，一般仍可探测到桩底反射波。离析、夹泥和缩径均会导致桩身局部的波阻抗减小，但离析、夹泥部位的波速低于正常波速，而缩径部位的波速一般不会变化。离析、夹泥缺陷会降低整桩的平均波速，而缩径缺陷一般不会影响整桩的平均波速。由于小范围的离析、夹泥和缩径缺陷的反射波特征基本相同，在实际桩基检测中若无准确的施工记录，一般很难将离析、夹泥与缩径区别开来。当桩身发生断裂时，断桩部位的 A2=0，Rr=1，说明在断桩部位全部为同相反射波，比较容易区分。当桩身发生扩径时，扩径部位桩身的截面面积 A2 大于正常部位桩身的截面面积 A1，则 n＜1，Rr＜0，表现为反相反射波，由于桩身扩径部位的混凝土质量密度未发生很大变化，一般情况下可探测到桩底反射波。
3、桩端部位的反射波型。桩端反射波是衡量桩完整性的重要指标，在《建 筑基桩检测技术规范》的桩身完整性分类中，假设桩型为摩擦桩和端承桩，而摩擦-端承桩或端承-摩擦桩的桩身阻抗与桩底的岩土阻抗相差不大，基本无桩端反射波。因此，不能仅凭有无桩底反射波来判别桩身的完整性，而应根据桩的类型、桩端受力特点等因素综合分析。桩身范围内出现同相反射波，均属于离析、夹泥、断裂和缩径等缺陷，反射波幅度越大说明缺陷程度越严重。在桩身范围内出现的反相反射波均为桩身扩径的表现。摩擦桩或预制桩的桩底同相反射波波幅越大，说明桩身完整性越好。桩端持力层为完整岩石的端承桩，桩端阻抗小于桩底岩土的阻抗，桩底会出现反相反射波，反向反射波幅度越大说明桩底沉渣厚度越小，反之则沉渣越厚。
四、总结
在软土地区的超长桩或桩周土体约束很大的情况，在桩端阻抗与桩底岩土的阻抗基本相等时，往往检测不到桩底的反射波信号，此时不能仅凭有无桩底反射来判别桩身的完整性，应根据钻芯法、高应变法的检测结果，结合施工记录进行综合判别。反射波法因快速有效，在灌注桩质量普查中应用广泛，但存在一定的局限性，如实测信号中很难识别桩身浅部盲区缺陷。目前，反射波法基桩检测尚处于探索发展阶段。随着检测经验的积累、理论的完善，检测仪器的改进，在桩基工程质量检测中反射波法必将发挥出更大的作用，取得更大的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]刘福臣，王文，张振善，刘文卿. 桩基低应变检测波型分析及桩身完整性判别[J]. 港工技术，2012，49（02）：46-48.
[2]孙美迪. 桩基检测技术在工程中应用和质量评价结果分析[D].吉林大学，2009.
[3]段文旭. 低应变法和声波透射法在桩基检测中的综合应用研究[D].成都理工大学，2014.
[4]林辉，吕宜媛，戴民. 低应变反射波法在灌注桩桩身完整性检测中的应用[J]. 浙江水利科技，2007（06）：60-63+66.
论文作者:陈立国
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：反射论文; 桩基论文; 缺陷论文; 阻抗论文; 应变论文; 部位论文; 完整性论文; 《基层建设》2019年第32期论文;