反射波法的技術特征及其在樁基檢測中的應用研究

吳學謙

（寧夏建筑科學研究院有限公司，寧夏 銀川750021）

0 引言

隨著國民經濟的飛速發展，我國工程建設項目日益增多，工程樁的應用越來越普及，因此基樁質量的檢測越來越重要。作為基樁完整性檢測的常規手段，低應變反射波法在我國有多年的發展歷史并已納入國家的規范，由于此種方法具有應用范圍廣、檢測量大、野外數據采集快速、方便、費用低廉等優點，因此其被眾多的檢測單位所采納與使用。但是反射波法也存在一些不可回避的問題，如測試盲區、理論模型局限、樁側土阻力影響、檢測有效深度、樁身的頻響特性、微裂縫影響等等，此外，反射波法是依據波形直觀判讀的經驗法，在實際工程樁檢測中容易出現誤判，因此它又是相對準確程度不夠高的一種檢測方法。

1 反射波法的技術特征

反射波法利用手錘在樁頭施加一小沖擊擾動力，激發一應力波沿樁身向下傳播，然后利用速度或加速度（一般為加速度）傳感器接受由樁身缺陷或樁底產生的反射信號，根據對反射波時程曲線的綜合分析，對樁的結構完整性作出判斷。該方法的前提條件是把單樁假設為一維勻質彈性體桿件，當樁頂受到一小擾力后，產生的彈性應變以縱波形式沿樁身向下傳遞。由于樁頂施加的是一個小擾力，土體振動的影響可以忽略不計。應力波沿樁身傳播的規律遵循一維波動方程，根據一維波動方程分析導出的反射波相位特征，是反射波法測試的主要依據。這一特征可以非常通俗地描述為：在樁擴徑部位，反射波波形相位同初始相位相反；在樁縮徑、離析或夾泥等不利缺陷部位，則反射波形相位同初始相位相同。這兩點是判斷缺陷的基本依據。

顯然，當樁頂作用一脈沖力后，便有應力波沿樁身傳播，若樁身質量有問題，存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁和嚴重離析等部位）或樁身截面積變化（如縮徑或擴徑）部位，將產生反射和透射。經接收放大、濾波和數據處理，按照一維波動方程并結合樁型特點，檢測儀器可給出樁身彈性波傳播過程中的速度波形曲線，根據這些波形曲線，即可判定樁身質量。

反射波法適用于檢測樁身混凝土的完整性，推定缺陷類型及其在樁身上的位置。本方法也可對樁長進行核對，對樁身混凝土的強度等級作出估計。

2 現場測試方法

（1）被測樁應鑿去浮漿，平整樁頭，切除樁頭外露過長的主鋼筋。

（2）檢測前應對儀器設備進行檢查，性能正常方可使用。

（3）每個檢測工地均應進行激振方式和接收條件的選擇試驗，確定最佳激振方式和接收條件。因為不同工區樁的類型、樁徑大小、樁頭混凝土質量、土層地質情況等條件差異較大，檢測時，對激振和接收的最佳條件選擇只能通過現場試驗對比來確定。通過調節放大器增益，使波形不產生畸變，改變濾波頻率提高分辨率和信噪比。

（4）激振點宜選擇在樁頭中心部位，傳感器宜穩固地安置在樁頭上。對于樁徑大于350mm的樁可安置兩個或多個傳感器。

（5）當隨機干擾較大時，可采用信號增強方式，進行多次重復激振與接收。

（6）為提高檢測的分辨率，應使用小能量激振，并選用高截止頻率的傳感器和放大器。

（7）判別樁身淺部缺陷，可同時采用橫向激振和水平速度型傳感器接收，進行輔助判定。

（8）每一根被檢測的單樁均應進行兩次及以上重復測試。出現異常波形應在現場及時研究，排除影響測試的不良因素后再重復測試。重復測試的波形與原波形具有相似性。

3 檢測數據的處理與判定

應根據波形圖中的入射波和反射波的波形、相位、振幅、頻率及波的到達時間等特征，推定樁的完整性。判定方法如下：

（1）反射波波形規則，波列清晰，樁底反射明顯，易于讀取反射波到達時間，及樁身混凝土平均波速較高的樁為完整性好的樁。

（2）反射波到達時間小于樁底反射波到達時間，且波幅較大，往往出現多次反射，難以觀測到樁底反射波的樁，系樁身斷裂。

（3）樁身混凝土嚴重離析時，其波速較低，反射波幅減少，頻率降低。

（4）縮徑與擴徑的部位可按反射歷時進行估算，類型可按相位特征進行判別。

（5）當有多處缺陷時，將記錄到多個相互干擾的反射波組，形成復雜波形。此時應仔細甄別，并結合工程地質資料、施工原始記錄進行綜合分析。有條件尚可使用多種檢測方法進行綜合判別。實踐證明，離樁頂第一個缺陷的判別要十分仔細慎重。

（6）樁身淺部斷裂的定性評價，可通過橫向激振比較同類樁橫向振動特征之間的差異進行輔助判斷，存在淺部斷裂的樁，在進行橫向激振時，有自振頻率降低、振幅較大、衰減歷時增加及波形不規則等現象，在一定實踐經驗基礎上，可對樁身淺部斷裂做出定性評價。

（7）在上述時域分析的基礎上，尚可采用頻譜分析技術，利用振幅譜進行輔助判斷。

4 檢測中的幾個問題

（1）樁頭的處理。樁頭處理的好壞，對波形采集的準確與否有直接的關系。樁頭浮漿使波難以下傳，對測試結果影響較大。此外主鋼筋外露過長，也會產生諧振干擾。因此，鑿去浮漿，平整樁頭，露出堅硬、新鮮的混凝土，鋸短樁頭上的鋼筋等工作，是很有必要的。

（2）成層土的影響。在對應力波時程曲線的分析中，不僅應考慮樁體本身材料、剛度以及缺陷的影響，同時受到樁側土模量大小的制約。一般來說，樁側土力學性質越好，應力波在樁側土中損耗越大，在層間硬土層將會反映為似擴徑的子波疊加，相反如軟夾土層將會由于應力波透射損耗小而產生似縮徑的子波疊加。因此在進行測樁時應考慮場地的地層地質條件綜合判定。

（3）樁底反射的確定。一般情況下，均能找到樁底反射，但有時就找不到樁底反射，情況之一是缺陷大，掩沒了樁底反射；另一種情況是樁持力層與樁阻抗匹配得好，也無樁底反射。如嵌巖樁與基巖嵌固程度好，無樁底反射。因此在分析時應充分利用地質資料、施工記錄等資料來分析確定，以免產生誤判。

（4）對缺陷程度不能進行定量分析。如缺陷位置距樁頂的距離以及缺陷的嚴重程度不能做出準確的計算；對于Ⅱ、Ⅲ類樁的界定，它關系到所檢測的樁是否需要進行處理，也是檢測人員最難以把握的。這時往往需要借助其他的方法來做進一步的檢測。

（5）如果樁身存在多處缺陷時，深部缺陷不易被檢測到。淺部缺陷或樁太長時，缺陷都不易被檢測到。

5 結束語

總之，基于反射波法對樁基礎進行樁身完整性檢測，能夠確定樁身缺陷位置和缺陷的程度，其檢測結果是比較準確的，能夠滿足一般工程的需要，是普查工程樁基的有利手段。它具有不受施工場地條件限制、方便、快速、經濟的特點。配合其他檢測方法和手段，能夠確保工程樁基質量并通過驗收，對加強樁基工程質量控制起到非常重要的作用。當然，對于應用過程中若遇不同地點、不同地質條件、不同樁長等，反射波法的適用性及準確性問題有待根據實測結果進一步總結經驗，深入分析研究。

［1］任曉偉,任洪偉.樁基工程檢測技術概述[J].科技資訊,2009(02).

［2］李淑萍.低應變反射波法現場檢測基樁的技術要點[J].青海交通科技,2009(02).