摘要：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。
关键词：低应变反射波法；检测；完整性
引言：随着我国基础建设的迅猛发展，铁路、公路、港口码头等工程设施的不断兴建，桩基础的应用日益广泛。建筑物或构筑物的长期稳定及安全与桩基础密切相关，而桩基础属隐蔽工程，为了保证桩基础的安全、可靠，质量检测至关重要。目前，我国基桩桩身完整性检测的方法较多，其中低应变反射波法以其设备轻便、费用经济、操作快捷、结论准确而被广泛应用。
一、检测原理
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。当应力波传到桩底时就会接触到相比桩身更为柔软的土地界面，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，形成驻波。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，形成驻波，形成半波损失反射现象。不论是以上哪种情况，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、检测前的准备工作
2.1采用瞬态激振法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度70％，且不小于15MPa。
2.2采用瞬态激振法时受检桩头处理，凿去桩头浮浆至新鲜混凝土面，桩头平整，桩头混凝土无破裂，桩头干净。每个桩头平面、应在距桩心2/3的桩半径处对称磨几个传感器安装点，同时磨平桩心位置的激振点。
三、检测过程
采用低应变反射波法对基桩桩身完整性进行检测的前提是要求桩身材料中混凝土的强度必须要达到设计强度的70%，对于具体数值的要求必须达到15MPa以上。
3.1桩头处理。桩头的平整度对于检测结果的质量来说是影响非常大的，采用低应变反射波法对于基桩桩身完整性进行检测时，需要事先对桩头进行处理，具体的操作是将桩头上的浮浆通过凿击等操作来达到去除的目的，然后，使桩头露出平整的混凝土面，同时还要保证的是，混凝土面的必须十分干净，不可以有积水，并且不允许有破裂的现象。
3.2传感器的安装。传感器的安装效果对于信号质量的影响也是很大的。对于传感器的安装，要求必须保证其粘结强度。同时，对于传感器的安装位置也是有要求的，首先要求传感器应在适当位置对称安装，另外，应该充分避免和钢筋笼的主筋过近的情况发生，较为恰当的安装距离是距桩心三分之二桩半径的位置，这样可以有效避免测试中外漏主筋振动对于检测的影响和干扰。
3.3瞬态激振。首先是激振器的安装，须采用柔性悬挂装置，这样可以避免谐振的产生，并保证激振系统在检测频率范围之内。同时还需要注意的一点就是在检测的过程中，应尽量避免激振器在横向上发生振动，敲击力应该垂直作用在装头上。至于入射波的脉冲宽度以及频率成分等，可以通过改变锤的材料及重量来改变，尽量选择最为适合的激振源。
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四、瞬态激振法在桩身完整性
4.1质量检测时的判定及缺陷特征
桩身完整性质量检测的标准问题明确定义，近年不少专家提出了桩身完整性类别的划分方法，即把桩基分为Ⅰ类桩、Ⅱ类桩、Ⅲ类桩和Ⅳ类桩。这种划分其实也没有统一标准，桩身完整性检测只是检测桩身材料，尺寸等方面的质量问题，而这种划分或多或少地依赖于承载力的达标与否，众所周知，对低应变检测桩基承载力至今还缺乏统一认识，且桩身缺陷对承载力的影响也只能凭检测人员的经验判断，在实际工程中可能存在这种情况，低应变检测出桩身存在严重缺陷的桩，由于设计承载力保守，静荷载试验仍能通过，而低应变检测合格的桩，如果桩端未到持力层，静荷载试验却难以通过，故这种划分方法不能定量，对桩身完整性缺陷的判定还只能是一种定性分析。
4.2不同类型桩的缺陷特征
对预制桩而言，一般桩身缺陷都表现为桩顶破裂或浅部裂隙，若不存在运输过程中的损伤及接桩不良等问题，这类桩是安全可靠的，灌注桩的桩身完整性检测较复杂，这类桩成型后是不可见的，桩身质量除依赖于施工方面的人为因素外，还受地质条件等自然因素的影响，其缺陷主要表现为缩径（严重的缩径甚至达到断裂的程度）、扩径（有利缺陷）、混凝土离析、夹泥及开挖时的机械破损，此类桩检测曲线分析需考虑的因素比预制桩复杂，其变化的截面，即缺陷的表现，一旦增多，应力波反射的叠加就会使曲线变得杂乱，给分析带来一定的困难，桩周土对曲线性状的影响也比较突出，，由于桩和土在荷载下共同受力，且桩周土摩阻力的分布又不均匀，在桩周土摩阻力突变处桩土系统的阻抗也会产生突变，它不仅干扰了应力波的传播，本身也会产生反射，增加了缺陷判断的难度，检测中若桩身上部处于硬土中，下部处于软土中，应力波通过该界面时，桩周土摩阻力的减小就会引起阻抗的降低，从而出现缩径的假象，而这种界面变化处、地层变化、地下水位变化等，正是事故多发处，对于沉管灌注桩还存在施工时间对相邻桩的影响问题，小桩距施工时如不合理安排施工顺序就会引发相邻桩桩身的质量事故，尤其是浅部，缺陷通常表现为断裂，可见，对灌注桩的桩身完整性检测曲线分析要结合各种因素，施工记录，地质情况等，进行综合判断。
五、检测现场应注意的问题
5.1检测前的工作
检测结果的质量完全取决于所测得的曲线形状，因此，我们在测量过程中比较严谨且科学。对于基桩桩身完整性的检测过程中，为保证其检测结果的准确性和可靠性，必须保证锤击点和传感器的安装符合规则，粘合度必须达到要求标准，同时，也要保证桩的截面平整干净，这样才能保证激励点和信号接收点都处在桩身的混凝土母体上，这一点尤为重要。
5.2脉冲的高频分量
在检测过程中较为重要的一个影响因素是脉冲的高频分量。高频分量既不能过多也不能太少，必须保证在一个合理的范围之内，才能保证这种低应变反射波法对于基桩桩身完整性检测的可靠性和科学性。而这个合理的范围是高频分量的波长大于10倍桩径，只有在这个范围内该分析方法才是有效的。
5.3脉冲宽度
直接影响高频分量的是脉冲宽度，因此，想要保证检测结果就要从脉冲宽度上进行调整。鉴于脉冲宽度对于高频成分干扰的防止作用，检测现场进行敲击时的脉冲宽度不可以太窄，同时，利用低频波的衰减速度慢的特点，适当增大宽脉冲中的低频分量可以增大检测的深度。
5.4关于桩头处理作法
对预制桩要凿除桩顶疏松部分，对灌注桩要将浮浆和桩顶不密实处剔除，特别是锤击点和传感器安装点要坚实平整，使激励点和信号接收点都直接处于桩身混凝土母体上。
5.5影响敲击脉冲宽度的因素
桩基完整性检测的各种方法均建立在一维波动理论上，而桩基实际上是一个三维体，只有在脉冲中的高频分量的波长大于10倍桩径时，分析方法才有其实际应用价值。但高频分量又不能过多，所以现场测试时对敲击脉冲宽度有一定要求，即脉冲宽度不宜过窄，因为宽脉冲能有效地避免高频成分带来的干扰，同时宽脉冲中的低频分量增加可以加大测试的深度（利用低频波衰减慢的特点）。影响敲击脉冲宽度的因素主要是锤垫厚度和软硬程度、锤头硬度及锤重等。锤垫越厚越软脉冲越宽，但一般控制在4～5s内。因脉冲过宽易掩盖浅部缺陷反射，且会降低测试的灵敏度。
结束语
由于低应变反射波法独具备了价格低、操作简便等特点，其广泛地被应用于建筑行业的基桩桩身完整性检测中。但没有哪一种检测方法能够做到精度为百分之百，因此，检测出问题的桩身也应该结合施工过程、地质条件等因素进行综合判断，以保证施工质量。
参考文献
[1]罗骐先.桩基工程检测手册 2011.9
[2]贺占海.低应变反射波法桩身完整性检测 2014.2
[3]曹海宏.低应变反射波法在基桩完整性检测中的应用 2017.4
论文作者:吴昊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/18
标签：桩头论文; 反射论文; 脉冲论文; 完整性论文; 应变论文; 桩基论文; 缺陷论文; 《建筑学研究前沿》2018年第11期论文;