基桩反射波法检测技术的评价与应用

线路／路基低应变反射波法在桩基施工质量检测中的应用钟亮根(京福闽赣客运专线有限公司，福州350000)摘要：随着桩结构越来越广泛的应用于地基加固，如何检测成桩质量成为控制桩基础施工质量的关键。

在介绍低应变反射波法检测桩基完整性的原理、缺陷类型及位置的判定依据、检测影响因素的基础上，以合福客专D K365+676．48～D K365+739．50段C20钻孔灌注桩地基加固路基为工程背景，采用R SM—PR T低应变仪及其所配套的时域分析软件，并结合地质、施工记录资料对桩实测波形进行反演分析，分析结果为3—2号桩在3．30i n处存在离析或夹泥。

研究表明，低应变反射法能准确地反映成桩的缺陷位置及程度，为桩基施工质量的控制提供了指导依据。

关键词：桩基；反射波法；施工质量；波阻抗中图分类号：U238；U213．1文献标识码：B文章编号：1004—2954(2012)04—0035—03A ppl i cat i on of L ow St r ai n R ef l ect i onW ave M e t hod i nC ons t r uct i on Q ual i t y T es t i ng of Pi l e F ounda t i onZ H O N G Li a ng—gen(B ei j i ng-Fuzhou Pas senger D edi cat ed R a i l w a y L i ne Fuj i an-Ji angxi Sec t i on C o．，Lt d．，F uz h ou350000，C hi na)A b s t r a ct：A s pi l e f ound at i on i s bei ng us ed m or e and m or e w i d el y f or subgr ade r e i nf or ce m ent，how t o t e stt he qual i t y of pi l e f oundat i on af t e r cons t r uct i on i s a l so be com i ng t he ke y poi nt t o cont r ol pi l e f ou ndat i oncons t r uct i on qual i t y ac cor di ngl y．I n t h i s pa pe r t he l ow st r ai n r ef l ect i on w a v e m et hod use d f or pi l ef ound at i on t es t i ng a r e i nt r oduc ed，i ncl udi ng t he i nt egr i t y—t es t t he or y，def e ct t ype a nd defect l ocat i oncr i t er i ons，and t he i nf l uence f a ct or s．The subgr ade a r e c i t ed as an e xa m pl e w hi ch w as r ei nf or ced byC20cas t—i n—si t u bor ed pi l es i n D K365+676．48～D K365+739．50s ect i on of H ef e i—Fuz hou Pas s en ger—ded i cat ed L i n e．I n com bi na t i on w i t h geol ogy dat a and cons t r uct i on dat a，t he R SM—PR T st r ai n gag e andt i m e．dom a i n anal y s i s s of t w ar e m at c hed w e r e ut i l i z ed t o back cal cu l at e and anal yze t he w ave pat t er nsm ea s ur ed f r om t he pi l e f oundat i on．T he anal ys i s r es ul t s s how ed t ha t t her e w as s egr egat i on o r m ud i n t heN o．3—2pi l e at t he de pt h of3．30m．B as ed on t he r es earch，i t i s c oncl uded t hat t he l ow st r ai n r ef l ect i onw ave m et hod ca n accur at el y r ef l e ct t he defect l o cat i o n a nd defect degr ee of pi l e f ounda t i on，SO it ca npr ov i de gui da nc e f or con t r ol l i ng t he pi l e f ou ndat i on cons t r uct i on qua l i t y．K ey w or ds：pi l e f oundat i on；r ef l ect i on w ave m e t hod；const r uc t i on qual i t y；w ave i m pe da nce近年来，随着工程建设的快速发展，桩基础作为一种有效、安全、可靠的基础形式在地基处理中得到了广泛的应用。

基桩动力检测低应变反射波法第一节反射波法动测技术反射波法是在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身阻抗存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将发生反射波，经接收放大、滤波和数据处理可以识别来自桩身不同部位的反射信息，据计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级并校核桩的实际长度。

一、反射波法动测原理桩完整性的反射波法诊断技术是以一维波动理论为基础的。

由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面积，材料密度和弹性模量的函数Z = EA/C =ρcA (2.1)式中Z为桩的广义波阻抗（单位为N⋅s/m），c为桩的声波速度（单位为m/s），E 为桩的弹性模量（单位为N/m2），ρ为桩的质量密度（单位为kg/m3），ρc为桩的声特性阻抗或声阻碍抗率（单位为kg/m2s）。

将一维波动理论用于线弹性桩（桩的长度远大于直径且入射波波长λ大于桩的直径）。

在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩身向下传播。

假定桩的材料沿长度不变（即ρc不变），则桩的阻抗变化仅依赖截面积的变化。

截面的任何变化都使部分入射波产生反射。

反射波和透射波的幅值大小及方向由前述的理论决定。

（一）不考虑桩周阻尼的的影响，桩顶入射波在变截面处的反射与透射σT = σ1 [2A1 /(A1+A2)]σR= σ1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.2)及v T = v1 [2A1 /(A1+A2)]v R= -v1[(A2 – A1) /(A1 +A2)] (2.3)式中下标I、R、T分别表示入射、反射和透射。

由式（1.2）及式（1.3）可得：（1）对于截面均匀，无缺陷的桩，即A1=A2，或Z1=Z2，则有σT = σI v T =v IσR= 0 v R = 0 (2.4)可见，均匀桩不产生反射波，入射波以不变的波速和应力幅值与方向向下传播。

若在桩的顶端安装加速度传感器，则可测得各截面反射波加速度信号（或速度信号）为零。

浅谈低低应变反射波法在桩基检测中的应用摘要：低应变反射波法具有野外数据采集快速、方便；测试资料分析简单、精确；费用低廉等优点，因此其被众多的检测单位所采纳与使用。

本文对低应变反射波在检测桩基中的应用谈一些体会。

关键词：低应变反射波法检测桩基随着国民经济的飞速发展，我国工程建设项目日益增多，工程桩的应用越来越普及，因此基桩质量的检测越来越重要。

作为基桩完整性检测的常规手段，低应变反射波法在我国有多年的发展历史并已纳入国家的规范，由于此种方法具有野外数据采集快速、方便；测试资料分析简单、精确；费用低廉等优点，因此其被众多的检测单位所采纳与使用。

本文对低应变反射波在检测桩基中的应用谈一些体会。

一、低应变反射波法的基本原理低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。

将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗z变化界面时，将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗z变化决定。

安装在桩顶上的传感器，将接收到来自桩身各个波阻抗z变化界面处反射上来的信息，根据这些信息，可对桩身完整性质量进行分析判断。

二、低应变反射波法的特点低应变反射法与传统的静载试验法相比，具有以下优点：1、操作简单易行，测试设备轻便，成本低，不受作业条件限制，检测快速，单桩试验时间仅为静载试验的1／50左右；2、检测数量多，不破坏桩基，获得的数据准确可靠，规律性好，判读明了简洁，便于对桩基工程进行普查。

3、费用低廉，单桩测试费约为静载试验的1／30左右，可节省静载试验锚桩、堆载、设备运输、吊装焊接等大量人力、物力。

三、工程实例1、基桩施工简况该场地为南宁市青秀区明发某住宅小区2栋桩基。

整个场地经人工和机械平整较为平坦。

该工程基桩施工是经静压机静压而成。

成桩之后，开挖至标高，然后砍桩并清理干净，再进行测桩。

2、检测步骤（1）清理整平桩头。

（2）调试仪器，选择适当参数；（3）将加速度传感器垂直安放在桩头的平整部位。

文章编号:100926825(2007)0620121202反射波法检测基桩完整性的探讨龚献忠摘　要:结合工程实践经验,介绍了反射波法的基本原理,利用反射波法对判断完整桩、缩颈、扩径、离析、断裂或夹层等现象的依据进行了阐述,并对现场测试中需注意的相关问题进行了论述,为设计和施工验收提供了可靠的依据。

关键词:反射波法,基桩检测,缩颈,离析中图分类号:TU473.16文献标识码:A 作为基桩完整性检测的常规手段,低应变反射波法在我国有多年的发展历史并已纳入国家规范,由于此种方法具有野外数据采集快速、方便,测试资料分析简单、精确,费用低廉等优点,因此其被众多的检测单位所采纳与使用[1,2]。

现结合工程实践经验,浅谈在检测中应该注意的一些问题。

1　反射波法基本原理由于应力波的波长λ大于桩径d,且桩长L一般远大于桩径d,可将桩视做一弹性杆件体,用锤锤击桩顶后,产生的应力波在桩体内按一维波动方程传播:92U 9t2=c292U9x2(1)c=Eρ(2)其中,c为波速;E为桩的弹性模量;ρ为桩材料的密度。

如果不考虑桩周土的影响,当桩身阻抗发生变化时,可简化求解出反射波的运动速度V R与入射波的运动速度V之间的关系式为:V R=Z1-Z2Z1+Z2(3)Z=ρcA(4)其中,Z为桩身阻抗;A为桩的截面积。

当桩身有缺陷时,缺陷处波阻抗发生变化,Z1≠Z2,V R≠0,产生向上的反射波,由此可以通过对桩的完整性进行判断。

2　判断依据1)完整桩:其任意两个截面A i=A i+1,各截面阻抗相等,桩身内不产生反射波,桩顶的加速度传感器测量得到的各截面上的反射波的信号为0。

2)缩颈:表现为弹性波由桩顶向下时A i>A i+1,即由大截面传播到小截面(缩颈处阻抗变小)。

反射波到达桩顶时,检波器测到的应力波与初始冲击压缩波的方向一致,且反射波的速度方向也与入射波相同。

3)扩径:表现为弹性波由桩顶向下时A i<A i+1,即由小截面传播到大截面(扩径处阻抗变大)。

低应变反射波法在桩基础质量检测中的应用摘要：低应变反射波法是目前评价基桩完整性的重要检测手段。

与其他方法相比，反射波法具有无损、简便、快捷的优点，能够有效地检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度和位置，因此在桩基础工程无损检测中得到了广泛的应用。

关键字：反射波法基桩检测桩身完整性低应变反射波法(瞬态激振时域频域分析法)采用瞬态激振方式，通过实测桩顶加速度或速度信号的时域、频域特征，采用一维弹性波动理论分析判定基桩桩身完整性质量，即桩身存在的缺陷位置及其影响程度。

一、反射波法的基本原理反射波法是目前基桩检测中常用的方法，其基本原理是用力锤在桩头处施加一瞬态脉冲激励 ,使桩身产生压缩应力波 ,应力波沿桩身自上而下传播 ,利用在桩头安装的传感器接收由初始信号和桩身缺陷或桩底反射信号组合的时程曲线 ,对所记录的带有桩身质量信息的波形进行处理和分析。

桩身是由混凝土构成的，与周围土体及持力层存在着明显的密度差异。

基桩埋于地下的长度要远远大于桩身直径，可以将其简化为无侧限约束的一维弹性杆件，即不考虑桩周土体对沿桩身传播的应力波的影响。

据波动理论，弹性波在介质传播过程中，当介质发生变化时（即波阻抗发生变化）须产生波的反射，因此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）或桩身截面积发生变化（如缩颈或扩颈），将产生反射波，利用高灵敏、高精度的仪器检测出反射信号，在时间域和频率域上分析阻抗变化处和桩底处的反射波特性，确定桩身平均波速，判定桩身完整性，进而确定桩身缺陷位置，并且可以校核桩长及估算桩身砼强度。

二、现场检测及资料处理（一）、检测前的准备1.桩顶条件和桩头处理好坏直接影响测试信号的质量。

如果锤击点落在桩顶未清理干净的浮浆上，会使能量在小范围上迅速耗散而影响应力波向下传播，并导致杂波幅值大，殃及整个时域，掩盖桩下部信息。

因此，受检桩桩顶的混凝土质量、界面尺寸应与设计条件基本相同。

并应凿去桩顶浮浆或松散、破损部分，并露出坚实的混凝土；桩顶表面应平整干净且无积水；桩顶钢筋长度应以不影响测试为宜。

基桩动力检测反射波法动测技术反射波法是在桩身顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身阻抗存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，将发生反射波，经接收放大、滤波和数据处理可以识别来自桩身不同部位的反射信息，据计算桩身波速，以判断桩身完整性及估计混凝土强度等级并校核桩的实际长度。

一、反射波法动测原理桩完整性的反射波法诊断技术是以一维波动理论为基础的。

由一维波动理论可知，桩阻抗是其横截面积，材料密度和弹性模量的函数Z = EA/C =p cA （2.1）式中Z为桩的广义波阻抗（单位为N・s/m），c为桩的声波速度（单位为m/s），E为桩的弹性模量（单位为N/m2），p为桩的质量密度（单位为kg/m3），p c为桩的声特性阻抗或声阻碍抗率（单位为kg/m2s）o将一维波动理论用于线弹性桩（桩的长度远大于直径且入射波波长大大于桩的直径）o在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩身向下传播。

假定桩的材料沿长度不变（即p c不变），则桩的阻抗变化仅依赖截面积的变化。

截面的任何变化都使部分入射波产生反射。

反射波和透射波的幅值大小及方向由前述的理论决定。

（一）不考虑桩周阻尼的的影响，桩顶入射波在变截面处的反射与透射［％ = C1 ［2A1 /（A1+A2）］I o R= 01KA2- A1） /（A1+A2）］（2.2）及v T = v1［2A1 /（A1+A2）］:V R= -V1［（A2 - A J 4A1+A2）］（2.3）式中下标I、R、T分别表示入射、反射和透射。

由式（1.2）及式（1.3）可得：（1）对于截面均匀，无缺陷的桩，即A/A2,或Z『Z2,则有°T = °I V T =V I°R= 0V R = 0(2.4)可见，均匀桩不产生反射波，入射波以不变的波速和应力幅值与方向向下传播。

若在桩的顶端安装加速度传感器，则可测得各截面反射波加速度信号（或速度信号）为零。