【摘要】桩基础是工程结构中采用的主要基础类型，目前约占全部工程结构基础的70%以上。由于它是地下隐蔽结构物，在施工过程中极易出现各类缺陷，故对桩基础进行全面质量监督十分必要。本文就桩基检测的必要性,分析了低应变反射波法进行桩基检测的基本原理,阐述了低应变反射波法在桩基检测中的应用,本文是个人的见一些见解，可供同行参考借鉴。
【关键词】低应变反射波法；桩基；检测
前言
桩基础是工程结构中采用的主要基础类型，目前约占全部工程结构基础的70%以上。由于它是地下隐蔽结构物，在施工过程中极易出现各类缺陷，故对桩基础进行全面质量监督十分必要。低应变动力检测技术是本世纪80年代由美、日、加等国运用地球物理勘探的纵波浅层反射法配合高分辨率的野外数据采集系统和数据电算处理技术，以电子检测技术和结构动力学分析为基础的一种新兴的检测方法。目前, 用于桩身质量完整性检测的方法主要有低应变反射波法、高应变法、声波透射法、静载试验和钻芯检测法等。从影响施工进度和工程安全的角度考虑, 如何快速、准确地检测桩基质量成为桩基行业内所关心的重要问题, 工程实际需要推动了桩基检测技术的快速发展。低应变反射波法是在这种工程需要和技术发展的背景下发展起来的一种对桩身结构完整性进行评价的动测方法, 具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点, 是目前桩基质量检测规范首推的桩身完整性检测方法, 在桩基检测当中得到了广泛的应用。
1 基本原理分析研究
基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是在桩身顶部进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面面积变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。经接受放大、滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级。还可根据视波速和桩底反射波到达时间对桩的实际长度加以核对。
2 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：（1）水泥搅拌桩是否可视为一维杆件。（2）水泥搅拌桩桩身材料是否可视为弹性材料。（3）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-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。
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。
3 数据采集问题分析研究
准备工作的好坏直接影响测试结果的准确性、可靠性。在低应变反射波法的数据采集过程中, 应该注意以下几点: 一是，在测试前, 应把桩头钢板切割开, 认真清理桩头浮浆及破碎部分, 直到露出新鲜混凝土界面, 使桩头密实, 并尽量平整, 至少应在成桩后8 d~ 15 d 方可检测。二是，对于小直径桩选择一个安装点和锤击点, 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,对于小直径水泥砂浆桩, 传感器安装在桩头的中间。三是，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。四是，采样间隔过大, 轻微缺陷会被掩盖, 桩底反射不明显; 采样间隔过小, 对缺陷的性质、量度不易识别, 一般以桩长的 2 倍~ 3倍作为采样间隔。
4 数据处理问题分析研究
4.1 滤波技术。目前在桩基检测数据处理中滤波技术应用最多, 尤其是低通滤波。一般对于短桩、小直径桩采用的低通滤波值较高; 而对于长桩、大直径桩采用的低通滤波值较低, 这样可使桩身的响应曲线更为明显。
4.2 曲线放大。目前在桩基检测放大技术中有线性放大和指数放大两种手段。线性放大可使细小的缺陷明显, 而指数放大则可使各反射面相对明显, 各有千秋。线性放大对于缺陷定量化有好处, 而指数放大有时会使曲线畸变。通常采用线性放大使不明显的反射线性增大, 了解缺陷程度, 应用指数放大来定性分析不明显的界面反射。
4.3 缺陷处信号重复反射问题的识别。如果缺陷存在的部位位于一半桩长以内, 则会产生二次反射叠加于曲线上, 对这个问题应当认真区分, 否则会产生误判。一般来说, 缺陷处重复反射的信号具有等时距的特点。如果存在反射界面等时距的现象, 则就有重复反射的可能。
5 结语
低应变反射波法是一门比较成熟的桩基检测方法, 在桩基检测中得到了广泛的应用, 具有操作简单、快速、经济而且能无破损检验桩身质量等多方面优点, 但是造成桩基缺陷的原因是多种多样的, 受施工条件和施工工艺等多方面的影响, 就目前而言, 有一些技术问题尚未得到解决, 值得进一步探讨研究。1) 尚无法准确定性缺陷。单就测试曲线而言, 所测得的桩顶反射波幅度受各种因素影响, 缩颈、裂隙、离析的表现形式有可能完全相同, 造成缺陷的具体性质无法正确判定, 进一步确定缺陷的性质需要检测经验及其他补充资料。2) 参数的误差。已有的动测方法中, 除了现场试验确定的参数外, 还有一些需靠经验或已有动力与静力对比试验资料确定的参数, 这些参数本身与实际均有一定出入。
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