反射波法與聲波透射法檢測樁身完整性的對比分析

摘要：通過反射波法和聲波透射法對比分析，討論了反射波法和聲波透射法檢測樁身完整性存在的問題與處理方法，為更準確地判斷樁身質量提供一些借鑒。

關鍵詞：反射波法 聲波透射法 樁身完整性 對比分析

1 前言

樁基具有承載力高、沉降量小、地層適應性強的優點，是建筑物常用的基礎形式之一。但樁基礎屬隱蔽工程，受地質條件、施工工藝等諸多因素的影響，施工過程中可能會導致樁身出現缺陷。樁身缺陷的存在會改變基樁的正常工作性狀，從而對基礎產生潛在危險。因此，對基樁的樁身完整性進行檢測顯得至關重要。反射波法（低應變法）以其方便、快速、經濟的特點而越來越多的應用于基樁質量檢測中。然而我們發現在一些樁徑較大、樁長較長的樁基工程中，采用反射波法檢測樁身質量，不易對樁頂附近、樁身下部或接近樁底的缺陷作出判定，用聲波透射法就能很好地解決此問題。

本文通過對某鐵路客運專線樁長大于50米的50根樁，用反射波法和聲波透射法兩種方法進行檢測對比試驗，討論影響樁身判定結果的一些因素，以便更準確地判定樁身的質量。

2場地巖土工程概況

檢測地點位于陜西省關中東部。檢測樁所在場地的地質情況大致為：自設計樁頂標高向下依次是黏質黃土、砂質黃土、細砂、中砂、粗砂、上更新統沖擊粉質黏土。不同區域黏質黃土、砂質黃土具自重或非自重濕陷性。地表下20m以內飽和砂質黃土、粉土和粉、細砂、中砂屬可液化土。

3 測試原理及方法

3.1聲波透射法

聲波透射法檢測是基于混凝土聲學檢測技術，以人為激勵的方式向介質（被測對象）發射一定頻率的聲波，在一定距離上接收經介質物理特性調制的聲波（反射波、透射波或散射波），通過觀測和分析聲波在介質中傳播時聲學參數和波形的變化，對被測對象的缺陷、幾何特征、組織結構及力學性質進行推斷和表征。

聲波透射法是通過在樁身預埋若干根聲測管作為聲波發射和接收換能器的上下通道，在樁身混凝土強度至少達到設計強度的70％后開始檢測，用聲波檢測儀沿樁的縱軸方向以一定的間距逐點檢測聲波穿過樁身各橫截面的聲學參數（波的聲時、波幅、頻率及波形特征），然后對這些檢測數據進行處理、分析和判斷，確定樁身混凝土缺陷的位置、范圍和程度，從而推斷樁身混凝土的連續性、完整性和均勻性狀況，評定樁身完整性等級。檢測系統及步驟見圖1。

3.2低應變反射波法

美國樁基動力公司生產的樁身完整性測試儀PIT采用低應變反射波法（瞬態激振法）來檢測樁身完整性。其基于一維波動方程理論，當樁頂施加的豎向瞬態壓縮波在樁身傳播過程中，遇到樁身阻抗變化（如裂縫、縮徑、夾泥、空洞等或樁底）時，就會產生早反射波（2L/C之前）信號（或樁底反射波信號）。根據接收到反射波的相位、到達時間和幅值判定缺陷的性質、位置及程度，并且在一定條件下可以測定基樁的樁長。

現場檢測時，將樁頭鑿去浮漿，在樁頂安裝加速度傳感器，并用力棒錘擊樁頂，樁頂受到瞬態脈沖作用后，在樁身產生壓縮應力波，通過傳感器采集應力波在樁身中的反射信號，儲存在PIT采集器中，經傳輸到計算機中進行分析，從而得到樁身結構完整性的分析結果。

低應變反射波法檢測系統及步驟見圖2。

4對比測試結果

根據基樁聲速～深度曲線、聲幅～深度曲線、PSD判據～深度曲線及反射波時域曲線的分析，基樁完整性檢測對比測試結果匯總表見表1。

5對比測試結果分析

①聲波透射法判定的Ⅱ類樁91-5和91-6在設計標高下0.75m處的缺陷，低應變反射波法判定為Ⅰ類樁，這系反射波法在樁頭附近存在測試‘盲區’所致，樁頭附近下行波的信號掩蓋了樁頭附近的反射波，造成判讀困難。對于大直徑超長樁為了使信號到達樁底，一般采用的脈沖波波長較長，頻率較低，能量衰減較慢。但脈沖波長較長（量級為米），樁頂淺部缺陷段的波動性狀不明顯（局部小缺陷）時，即跨過了缺陷，無法用一維波動理論的缺陷定位準則進行測定，即為反射波的‘盲區’。

②聲波透射法判定的Ⅲ類樁17-1在設計標高下2.4～4.4m、47.1～50.1m處的缺陷，低應變反射波法判定為Ⅱ類樁。上部缺陷（2.4～4.4m）基本相對應，施工方現場開挖得到了驗證，該處樁身呈縮徑現象，聲測管外露裹砂；下部缺陷反射波時域曲線上未有反映或反應非常輕微，可能缺陷較接近樁底，信號被樁底反射信號所掩蓋。

6結語

低應變反射波法與聲波透射法均是基樁質量檢測的重要手段之一，其各有特點，是不可互相替代的。對大直徑、超長基樁采用低應變反射波法進行樁身質量檢測，對樁頂附近缺陷存在“盲區”，但對樁身上部缺陷和聲波透射法一樣都能給予判定、對樁身下部缺陷或接近樁底的缺陷則不能給出判定；對大直徑、超長基樁采用聲波透射法能有效地判定出樁頂至樁底的缺陷。

因此，低應變反射波法耗時少、費用低，操作簡便，較適用于小直徑樁、樁長較短、單個單一缺陷的基樁檢測；聲波透射法比反射波法更準確、更直觀，但其操作相對復雜且前期需要進行準備工作，更適用于大直徑樁、超長樁、全樁長全斷面混凝土質量、多個或多種缺陷的基樁檢測。