ｌ工程建设与设计 Ｉ ｃｏｍｔｎ ｆ ｎ＆Ｄｅｓ‘ｇ，ＩＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ 谈低应变反射波法检测桩身完整性 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｌｏｗ Ｓｔｒａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ Ｗａｖｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｉｌｅ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ 郭路国 （邢台路桥建设总公司，河北邢台０５４００１） ＧＵＯＬｕ—ｇｕｏ （ＸｉｎｇｔａｉＬｕｑｉａｏＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉｎｇｔａｉ ０５４００１，Ｃｈｉｎａ） 【摘要】在桩身质量检测中，通常是由实测桩项加速度或速度响应时域曲线来判定基桩的桩身完整性，一般普遍采用的是低应变 反射波法。论丈通过对低应变反射波法的测试设备和现场测试要求的分析，并结合相关图例，阐明了此方法能够普遍推广的相对完 善的理论基础和比较先进的诊断技术。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｗｅｉｎｔｈｅｐｉｌｅｑｕａｌｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｉｓｕｓｕａｌｌｙｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｏｆｐｉｌｅｔｏｐａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｒｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｔｏｊｕｄｇｅｐｉｌｅ ｎｉｔｅｇｒｉｙｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｌｅ，ｇｅｎｅｒａｌｌｙｕｓｅｄｉｓｔｈｅｌｏｗｓｔｒａｉｎｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｗａｖｅｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｅｓｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｆｉｅｌｄ ｔｅｓｔ ｏｆｌｏｗ ｓｔｒａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｎａｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｈｔｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｌｅｇｅｎｄ，ｃｌａｒｉｉｆｅｓ ｔｈｅ ｈｔｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｏｆｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ Ｃａｌｌ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｇｅｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｄｖａｎｃｅｄｄｉａｇｎｏｓｉｓｔｅｃｌｍｏｌｏｇｙ． 【关键词】桩身质量检测；低应变测试；桩身完整性 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｐｉｌｅｑｕａｌｉｔｙｔｅｓｔｉｎｇ；ｌｏｗｓｔｒａｉｎ；ｐｉｌｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙ 【中图分类号】ＴＵ４７３．１＋６ 【文献标志码】Ｂ 【文章编号】１００７－９４６７（２０１５）０３－００５２－０３ ［ｂＯＩｌ１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１５．０３．００９ 目前，国际上主要使用低应变反射波法对桩身进行检查， 此方法对桩身损伤度进行检查时主要依靠两点：（１）速度响应 时域曲线；（２）实测桩顶加速度。本方法可适用于检测桩身的 完整性，推定缺陷类型及其在桩身中的大概位置，也可对桩长 进行核对，对桩身混凝土的强度等级做出初步估计。 １低应变反射波法现场测试技术 目前，该项技术的发展已经非常完善，且耗费成本较低， 其现场布置如图１所示。 ２低应变法测试设备 图１低应变法信号采集示意图 低应变法采用的仪器设备仪器主要包括：激振设备、传感 ２．１激振设备 器、信号采集分析设备。 工程检测中常用的瞬态激振设备有自由落锤、手锤和力 棒。激振效果的好坏，主要受碰撞材料的硬度、重量、接触面 【作者简介】郭路国（１９７９～），男，河北邢台人，工程师，从事桩身桩 积、弹性模量以及碰撞方向和碰撞速度等因素的影响 １。 基质量检测研究，（电子信箱）５８１９０９２４＠ｑｑ．ｃｏｍ。 锤击器材的选择对桩身的检查效果影响很大，尼龙锤是 ５２ 最常用的工具，而在检查浅部缺陷时应尽量使用铁锤。在实际 操作中一定要注意以下几点：（Ｉ）锤击脉冲不能过宽，这样难 以发现浅桩的缺陷；（２）锤击脉冲不能过窄，这样将导致应力 波发散；（３）锤击脉冲不能太小，这样难以引起整个桩身的激 振，而在桩身较长时这一缺陷尤为突出；（４）锤击脉冲应当与 桩面垂直，以避免分量的影响。总之，在实际进行操作的时候 一定要结合实际情况来选择敲击工具和操作方法。 ２．２传感器 传感器（又称拾振器）是测量系统的重要装置。基本组成 部分有三：（１）速度传感器；（２）加速度传感器；（３）位移传感 器。安装传感器的时候要确保其与桩顶面垂直并用耦合剂黏 结，并具有足够的黏结强度。常用耦合剂有凡士林、石膏、黄油 及其他固态油、牙膏等；但必须注意的是，任何黏结类型都要 确保桩顶与传感器之间的耦合是有效的。 相关数据显示，加速度计和速度计都可以用于反射波法 的测试当中，但二者都有各自的优缺点。速度计的频带非常 窄，而在低频的时候测试效果最佳，而加速度计却与之截然相 反。在实际测试过程中务必结合实际情况来进行方法选择。 一般而言，使用加速度计时要符合如下特点：桩身的长度 与直径取值都很小；使用速度计时需要符合如下特点：桩身的 长度与直径取值都很大。但是，由于二者各自的优缺点可以互 补，所以，经常将二者组合在一起进行现场测试。在传感器安 装时务必注意两点内容：（１）使传感器垂直于桩顶；（２）使传感 器的纵向与桩身平行，只有这样，才能有效获取纵波信号。 ２．３信号采集分析设备 在低应变反射波法检测中，桩身质量是通过对采集到的 信号进行采集分析得到的，这种信号采集分析的设备通常称 为基桩动测仪（信号采集分析仪）。‘ 通常而言，信号采集分析仪的设计必须做到轻便、性能稳 定、能适应野外工作，它是采集、记录、存储、计算、处理实测波 形的主要设备。 ３低应变法现场测试要求 在现场测试的时候，测试员主要使用低应变反射波法来 对桩身进行检查。这里需要注意的是，信号数据是测试成败的 关键，因而测试员必须确保得到真实的数据。要做到这一点必 须对测试员做出如下要求：（１）测试员必须经过专业的现场测 基础工程设计ｆ Ｄ 咖 ｊⅦｎ ｏｊ＂ｔｈｅＧｒｏｕｎｄｌ 试培训；（２）测试员必须有高度的责任心；（３）测试员必须严格 按照程序来进行测前准备、工具选择、设备安装等工作；（４）测 试员在收集到数据之后必须使用合理的分析方法来分析。 ３．１检测前的准备工作 在检测前应该对如下资料的相关信息进行收集：工程概 况、工程地质水文情况、建筑物的类型、基桩的种类、桩基设计 要求、拖工队伍的素质水平、业主信息、监理人员基本信息、施 工过程中的环境特点和测试现场情况ｌ圈。而在实际操作的时候 应当参考如下资料：（１）相关地质勘查报告；（２）管理人员与业 主提供的资料；（３）现场设计图纸；（４）现场施工信息表。 ３．２桩头的处理 桩头的材质、强度、截面尺寸一般等同于桩身，但是在灌 注混凝土的时候很难实现灌注的均匀化，这就导致桩内的界 面是不连续的，因而在进行敲击测试之后，应力波的正常传递 会受到影响，使得接收到的应力波含有大量的噪声，从而很难 了解桩下部的真实情况。预制桩在贯入过程中，桩头可能产生 破损，这些都将使应力波能量迅速减弱，使得桩体下部的信息 难以有效传递，从而降低波形识别的准确率。所以，在应用低应 变法检测桩身完整陛前要凿去桩顶浮浆处理破损的桩头。 对桩身的检测应在桩体达到一定的强度条件下开始，受 检桩的桩身混凝土强度至少达要到设计强度的７０％，且不应 小于１５ＭＰａ，一般至少在成桩后的８～１５ｄ之后进行。在进行现 场信号采集前，为了便于传感器的放置，得到较为准确的信 号，应使桩头平整、干净且无积水。 ３．３激振位置的选择及操作 通常，激振点的面积要远小于桩顶的面积，这会使得非 激振点进行操作时产生来自桩身径向的噪声。而这种噪声会 随着桩径与锤击脉冲的变化而变化，具体的影响程度取决于 传感器和激振点的位置关系。对于实心桩而言，如果传感器位 于桩心２Ｒ／３ 为实心桩基半径）处，那么，其接收的噪声就比 较小；空心桩安装点与激振点平面夹角等于或略大于９Ｏｏ，位 置宜为桩壁厚的１／２处，该处相当予目句耦合低阶振型的驻点。 由于灌注桩考虑到以后的承台问题，桩头均有钢筋露出， 如果激振点在桩头，那么钢筋本身就会产生一些噪声来影响 实际反射信息，从而影响对反射信号的识别。所以，放置传感 器的位置应该远离钢筋笼主筋，必要时候用砂土或者黏土屏 蔽传感器，使传感器收不到声波信号。 ｌ『 三堡 兰 “ 啦 ‘ 如果桩体的直径超过０．５ｍ，那么必须保证测试点超过３ 个，且需要选取至少两个测试点的数据来判断波形。每个检测 点记录的有效信号数不宜少于３个，如果某一激振点前后产 生的数据差异较大，那么测试员必须引起足够的重视，并采取 相应的措施。此外，测试的时候一方面要保证获取的信号是真 实的，另一方面要保证信号幅值在可量范围内。 同时，在检测过程中环境的影响也是不容忽视的，应该避 免雨雪等恶劣天气，减少对采集效果的不利影响，应该注意在 不同的场地不同的环境条件下，检测仪器的参数选取也应该 适当调整。在测试过程中，因为会有各种偶然性，对同一根桩 的测试要反复多次进行，选择重复性好的波形，去除异常的离 散波形，并分析异常波形出现的原因。 ３．４信号的分析与桩身质量的判断 对于室外采集到的信号，因为现场信号采集人员对桩的 质量、桩头处理情况、现场工程地质情况、现场环境条件等有 一定的感性认识，在分析信号时候更能够确定造成信号成形 的可能影响，能较为准确的做出桩身质量的判断。所以，ｎ 在室 内进行分析时候，应尽量采取谁测试谁分析的原则，便于做出 较为准确的判读。 ４低应变法桩身质量评价要点 根据《建筑桩基检测技术规范》采用低应变反射波法测桩 身完整性，对桩身完整性检测结果评价，根据每根受检桩的桩 身完整性类别【２】，可以把工程桩分为Ｉ～Ⅳ四级标准，便于规范 和排查不合格基桩： Ｉ类桩，完整桩，桩身无缺陷，桩身混凝土的波速正常； ＩＩ类桩，基本完整，有轻微缺陷，不影响使用，波速正常； Ⅲ类桩，明显缺陷，已影响正常使用，波速明显降低； Ⅳ类桩，严重缺陷，波速很低，无法正常使用。 在实际操作中，可以使用应力波的反射原理对桩体进行 检查，但是工程项目中所遇到的桩体类型是非常多的，该方法 主要适用于如图２所示桩体的检查。 但必须注意，该方法并非对上述桩体的所有缺陷都能准 确检测，如图３所示。 而且并非所有桩体都是一维线弹性杆模型，这就不可避 免的会出现尺寸效应，因而检测的结果并不是完全准确的。例 如，瞬态激振发生时，应力波会从上至下迅速传开，但是桩顶 ５４ 八 ｎ 竖向裂缝 弯曲 桩底沉渣 图２低应变法适用的桩的类型 ］㈠ ］嚣］ ＿１ ］］ ● ●， ＿＿］泥］ ● ● Ｊ 舭 二＝］ ］］ ｒ］［ 几 扩径 缩径 土层变化 材料变化 图３低应变法无法检测的类型 低应变反射波法 需投＾的成本较／』、，使用起来简单易 学，且该项技术的成熟度已经非常高，所以在我国应用十分广 泛。 【参考文献】 【１】程翠．应力波 果影响因素及对策嘲．大 连：大连海事大学，２００８． 【３】羡丽娜．基于应力波反射法 用研究 ．阜 新：辽宁工程科技大学，２００６． 【２］ＪＧＪ９４－－２００８建筑桩基检测技术规范【ｓ】． 【收稿日期１２０１４．１２．０４
