低应变反射波法检测桩基完整性简介

桩基完整性检测
----------低应变反射波法简介
一、前言
在桩基完整性动力检测诸方法中，由于低应变动力检测仪器设备轻便，成本低廉，现场检测速度快，覆盖面大，受到广大受检单位的欢迎。

为了确保桩基工程的质量，我国相关部门先后编制了一系列规范规程，其中《基桩低应变动力检测规程》（JGJ/T93-95）以及《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004）的发布实施，使基桩低应变动力检测工作更加严格规范，也为检测报告的统一编写起到规范化的作用。

二、低应变反射波法的原理
低应变反射波是基桩工程质量检测普遍使用的一种有效方法，它以检测原理清晰，测试方法简便，成果较可靠，成本低，便于对桩基工程进行普查等特点在成桩质量检测中充分发挥作用。

我国发布实施的现行动力检测规范中反射波法的适用范围中明确指出：该法可以检测桩身混凝土的结构完整性，推定缺陷类型及其桩身中的位置，也可对桩的混凝土强度等级作出估计。

由此可见，它可为基桩工程的成桩质量的分类提供评判依据。

1、基本概念
将桩视为一维弹性杆件，用力锤（或力棒）在桩头施加一小冲击扰动力F(t)，产生瞬时激振，激发一应力波沿桩身传播，然后利用速度检波器、速度或加速度传感器接收由初始信号和由桩身缺陷或桩底
产生的反射信号组合的时程曲线（或称为波形），最后分析者利用信号采集分析仪对所记录的带有桩身质量信息的波形进行处理和分析，并结合有关地质资料和施工记录作出对桩的完整性的判断。

2、应力波基本概念
应力波：当介质的某个地方突然受到一种扰动，这种扰动产生的变形会沿着介质由近及远传播开去，这种扰动传播的现象称为应力波。

波阻抗：将桩当作一维杆件，其直径远小于长度的杆件，当遇到桩身阻抗Z= ρ·AC（ρ：密度；C：应力波速；A：桩横截面积）。

变化界面时，要产生反射和透射。

弹性波在桩身内传播遇到桩身阻抗界面时是垂直入射和反射的。

假定桩界面上段的阻抗为Z1，下段的阻抗为Z2，且不考虑桩周土阻力的影响。

根据桩在界面上位移和速度的连续条件，力与应力和位移的关系，可推导出在桩身阻抗变化处的反射系数Rf 关系式：
Rf=（Z1-Z2）/（Z1+Z2）
式中：Rf－反射系数；
Z1、Z2－分别为桩身材料上、下界面的广义波阻抗；
ρ、A、C－分别为桩身材料的质量密度、桩身截面积及应力波速。

根据反射系数R f 的正、负来确定桩身阻抗的变化情况：当RF＞0 时，反射波与入射波同相位，表示桩身界面阻抗由大变小，如缩径、离析、断桩及桩底反射等；反之，Rf＜0 时，反射波与入射波反相位，表示桩身界面阻抗由小变大，如扩径、端承桩桩底反射情况。

桩截面
完整性系数可用基桩上、下界面的阻抗Z1、Z2之比来表示：
β=Z1/Z2
以桩身完整性系数的办法来评价桩的缺陷程度，对桩身结构完整性进行分类评价。

三、现场测试步骤
1、现场调查
由于桩基在地层中受地质的影响，以及桩身材料、施工方法在检测的波形中都会有反映，因此在测试前要进行地质调查，施工调查，以便在波形分析时将影响因素考虑进去。

同时，还要调查施工日期、设计标高、实测标高等。

2、桩头处理
反射波法检测时，桩头质量将直接影响检测波形，掩盖缺陷信号，造成误判。

因此，要求在检测前要将桩头的浮浆、松散、破碎部分凿掉，露出坚硬的混凝土部分，使桩头的材质、强度、截面尺寸与桩身基本相同。

并敲击点与传感器安装点打磨平整。

保持桩头干净干燥、无破碎。

3、传感器安装
传感器放置距桩心2/3 R处且安装位置平整尽可能使传感器垂
直与桩头平面，桩顶面应平整、密实、并与桩轴线基本垂直。

用黄油、橡皮泥或口香糖耦合，使传感器与桩头粘合在一起，要求越紧越好。

4、参数设置
（1）设定桩长为桩顶测点至桩底的施工桩长
（2）设定桩身直径应为施工直径，并计算截面积
（3）桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定
（4）传感器的设定值按计量检定结果设定
表1常规浇灌下砼等级与纵波波速的关系
5、手锤锤击
利用手锤锤击桩顶时，应垂直于桩面，锤击点平整，锤击干脆，形成单扰动（激振点与传感器安装点应远离钢筋笼的主筋）。

瞬态激振通过改变锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。

锤头质量较大或刚度较小时，冲击入射波脉冲较
宽，低频成分为主；当冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别。

锤头较轻或刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多；冲击力大小相同时，虽其能量较小并加剧大直径桩的尺寸效应影响，但较适宜于桩身浅部缺陷的识别及定位。

6、数据采集
采集时应注意不得有干扰，激振点应远离露出的钢筋，可采取连续存盘或单次存盘，采集的波形应覆盖整个桩身的深部及浅部，应使采集的数道波形一致，桩底信号明显。

四、波形分析
对于桩身不同类型的缺陷，低应变测试信号中主要反映出桩身阻抗减小的信息，缺陷性质往往较难区分。

例如，混凝土灌注桩出现的缩颈与局部松散、夹泥、空洞等，只凭测试信号就很难区分。

因此，对缺陷类型进行判定，应结合地质、施工情况综合分析，或采取钻芯、声波透射等其他方法。

下面例出部分波形以供参考。

1、桩头松散处理前
处理后
2、桩头有泥浆处理前
处理后
3、完整桩波形
4、缺陷桩波形
桩长22米，在3.3—3.8范围内有轻微缩颈。

五、基桩质量的评价依据及分类方法
我们在基桩质量评价时，要以实测波形曲线为基础，结合混凝土强度和地层地质情况以及施工记录的顺序，进行综合分析。

以分析实测波形曲线为主，判断桩身结构是否完整性情况，由计算的桩身混凝土波速与该工程正常桩波速相比是否相近，在实测波形曲线复杂的情况下，还可以采用其它动测方法进行检验，有时还要进一步进行开挖验证、声波检测、钻探取芯，甚至静荷载试验。

桩－土体系是十分复杂的，除了认真作好现场测试工作，采集好时域波形曲线，按有关规范的程序进行数据处理外，还需要有丰富实践经验的工程技术人员进
行综合分析。

简单的分析实测波形曲线，往往不能解决复杂的桩基工程实际问题，容易漏判错判，造成工程隐患。

有时即使桩身完整无缺，桩身混凝土强度也足够，但灌注桩桩周的泥皮或桩底沉渣矿厚，基桩的承载力也达不到设计要求。

对基桩质量的分类评价可按下列方法进行：
（１）对波形规则、桩底反射波明显、波速正常的桩，桩身结构完整，可定为Ⅰ类桩；如波速比正常值低很多，则可根据波速的差异，降低桩的类别。

（２）对波形基本规则、桩底反射波可见、波速在正常范围内，说明桩身有同相反射信号为轻微缺陷，桩身结构基本完整，对承载力有轻微影响，可定为Ⅱ类桩；如桩身为反相反射的扩径信号，则定为Ⅰ类桩。

（３）对波形规则、桩身有强烈同相多次反射波信号，按正常桩长波速很高，可判为断裂或严重缩径，可定为Ⅳ类桩；对于桩身浅部缺陷，可定为Ⅲ类桩，需进行处理后使用。

（４）对于波形复杂、无桩底反射信号，一般为多处缺陷反射信号相互干扰的结果，对桩身承载力有明显的影响，一般可定为Ⅲ类桩。

在有条件时，可使用多种检测方法对缺陷性质和严重程度进行验证，并结合工程地质资料、施工情况等进行综事分析，以进一步确定桩的
类别。

（５）对于预制桩和预应力管桩，如按正常波速计算桩长，明显小于施工桩长时，且有多次缺陷的强烈反射，判为断裂桩，可定为Ⅳ类桩。