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深圳市勘察研究院有限公司 广东深圳 518000
摘要：桩基础在建筑工程中占有十分重要的地位，属于建筑基础性工程，直接影响着整体工程的稳定性与安全性。桩基础施工中，容易出现较多的缺陷问题，需要采取措施。下面就低应变反射波法检测缺陷桩的处理探讨。
关键词：桩基检测；缺陷桩；方法
1 低应变反射波法桩基检测原理
低应变测桩技术起源于应力波理论，低应变中的反射波法是目前国内检测桩身质量较为有效、便捷的一种手段。反射波法将桩假设为一维均质弹性杆件模型（桩长》桩径）。混凝土桩的物理强度远大于桩周围土的物理强度，在桩顶部施加激振力，桩的端面上的质点将产生振动，振动的传播形成了波，波将沿着桩身进行传播，当桩身的波阻抗发生变化时，将产生反射和透射波，粘贴在桩顶部的速度传感器或加速度传感器将接受波阻抗变化时引起的反射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。
由一维波动方程：
（1）
波速：
（2）
定义波阻抗为Z则有：
（3）
进而可以求出反射波波速VR
（4）
（4）式中：VR为反射波速度；V1为入射波速度；RV为反射系数；Z为波阻抗；p1C1A1，为桩身混凝土广义波阻抗； C2A2为桩身缺陷和桩底岩土部分的广义波阻抗。
完整桩中桩身没有阻抗的变化，所以接受的反射波是桩底反射来的。对于缺陷桩我们从（4）式可以看出：1）缩颈桩C1 = C2，A1 > A2，由RV和V1同号，表现为反射波相位与初始入射波同向，但在缩颈的下界面，由于RV和V1反向，故后续反射波的相位与初始入射波相反；2）扩径桩C1= C2，A1< A2，RV和V1异号，表现为反射波相位与初始入射波反向，但在缩颈的下界面，RV和V1同号，故后续反射波的相位与初始入射波同向；3）严重离析桩C1A1= C2 A2， ，与扩径桩类似；4）部分离析桩C1 A1= C2 A2，>，与缩颈桩类似；5）空洞桩，在公式上的表现形式与缩颈桩相似，对于空洞的范围大小，直接影响反射波幅值。
当桩身存在缺陷时，根据接收到的缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值△t和桩身传播速席V来椎算缺陷位置。
（5）
2 缺陷桩的处理方法与案例分析
在桥梁桩基础施工过程中，由于地理环境、机械设备及人为因素等原因，难免在施工过程中出现一些缺陷桩现象。一旦缺陷桩基出现，不同缺陷程度有不同的处理方法，但是成本低效益高的方法是人们一直追寻的。缺陷桩处理常用方法有接桩、原位复桩、补桩、注浆、修改设计方案等。实践证明，浅部接桩、桩端注浆，在桩基加固处理提高综合承载力和减少沉降量方面是一种经济合理、技术先进的方法。
2.1浅部接桩
如果缺陷位置位于水位线以上，亦可采用明挖接桩的方式进行；桩身混凝土缺陷位于桩顶下 一定范围内（（5m以内），同时水位较低或水位容易降低时，可将缺陷处至桩顶的混凝土凿除，再用同标号或提高一个标号的混凝土接桩。
浅部缺陷的处理，一般进行浅部开挖，找到缺陷部位后进行局部剔凿。剔凿量比较少时，只要把缺陷部分清除干净，露出正常混凝土面，在上面刷一层高标号水泥砂浆，进行修补即可。剔凿量较大时，就需要进行接桩处理，把缺陷部位以上的桩身截除，重新焊接钢筋笼后浇筑混凝土。处理时一定要注意新旧混凝土结合面的质量，不能形成新的缺陷。
图1（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长21m，桩径1.0m，强度等C30，缺陷位置距桩顶约3m）的低应变反射波曲线。从波形上看，为浅部缺陷桩（断桩）曲线，（开挖得到验证）。除上面3m至混凝土新鲜界面，再检测，检测波形如图1（b）所示，桩身己无缺陷。采取接桩处理，图1（c）所示为接桩后的检测波形，接桩效果良好。
2.2重新成桩
对于桩身存在严重缺陷或缺陷部位深度较大的，同时由于客观条件不能采取其他方法处理的，为不留下隐患，可采用冲除废桩重新成桩的方法。
对在施工过程中及时发现和检测出的断桩，采用彻底清理后，在原位重新浇筑一根新桩，做到较为彻底处理。对己经成桩的缺陷桩，利用重锤把缺陷桩震碎，原位重新打孔灌桩，此种方法效果好、难度大、周期长、费用高，可根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量等因素选择采用。
2.3注浆
根据无损检测所确定的缺陷位置进行钻孔取芯，再用高压水冲洗干净桩身混凝土中的夹泥或松散混凝土，然后将孔中的水排出，即可压浆，直至浆液充满缺陷部分。
图2（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长25m，桩径1.25m，强度等级C45）的低应变反射波曲线，设计为嵌岩桩。从波形上看，显示为桩底沉渣超厚，决定采取桩底注浆处理。图2（b）所示为注浆后的低应变检测波形。
（a）缺陷位置在距桩顶约3m处
（b）凿除后接桩前
（c）接桩后
图1浅部接桩处理低应变反射波形
（a）注浆前
（b）注浆后、
图2缺陷桩注浆处理低应变反射波形
通过对注浆前后的低应变检测结果对比来看，注浆前在桩底范围内，反射波速度信号与入射波速度信号大体一致，表明在桩底范围内，沉渣过厚或局部混凝土离析等质量缺陷。在注浆以后的低应变检测结果中，可以看出，通过注浆处理，桩底缺陷得到明显的改善。
2.4旁侧挖洞处理
此处理方法适合在地质情况良好不易塌方、地下水位较低的浅部采用。
图4（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长27m，桩径1.0m，强度等级C30，缺陷位置距桩顶约4m）的低应变反射波曲线。从波形上看，在距桩顶约4m处缺陷（断桩）。在靠近缺陷桩基旁边侧挖洞，整个断面凿除缺陷部位，并上下都露出混凝土新鲜界面，凿平整并凿毛（图3），彻底清理干净，焊接好钢筋，然后浇筑同标号或高标号混凝土，振捣密实。图4（b）所示为处理后的低应变检测波形。
图3旁侧挖洞处理示意
（a）处理前
（b）处理后
图4缺陷桩旁侧挖洞处理低应变反射波形
3 疑似缺陷桩的处理方法及案例分析
3.1桩顶扩径的干扰
图5（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长31m，桩径1.0m，强度等级C30）的低应变反射波曲线。从波形上看，在距桩顶约2m处波形异常。考虑到是浅部异常，建议开挖验证，开挖后显示桩顶大蘑菇头。凿除大蘑菇头扩径部分至原桩径，再低应变检测。图5（b）所示为低应变检测波形，波形显示正常，桩身完整。初检显示的波形异常是由桩顶扩径所致。
（a）处理前
（b） 处理后
图5蘑菇头桩的低应变反射波形
3.2地层的影响
图6（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长28m，桩径1.25m，强度等级C30）的低应变反射波曲线。从波形上看，在距桩顶约4m处波形异常。考虑到是浅部异常，建议开挖验证，开挖后桩身无异常。再低应变检测，图6（b）所示为开挖后的低应变检测波形，波形显示正常，桩身完整。初检显示的波形异常是由地质影响所致。
（a） 开挖前
（b）开挖后
图6地层影响桩的低应变反射波形
据勘察揭露显示，自桩顶向下4.8m为第四系全新统冲洪积层的粉质孰土，中间15.2m范围为粗砂、粗圆砾土，下面8m范围为花岗闪长岩。
4 结语
钻孔灌注桩混凝土一般为水下混凝土，因地质条件的复杂性以及混凝土灌注过程中的连续性要求，又由于水下混凝土灌注的特殊性，往往会因施工过程控制不当而产生各种质量缺陷。因此，一旦发生质量缺陷一定要认真分析、及时处理。经过检测，确定缺陷的性质和程度，针对具体问题制定妥善的处理方案和措施。
为防止发生断桩、夹泥等缺陷现象，在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作流程。于桩身浅部缺陷，在采用低应变法检测时要特别注意。但由于受到理论和仪器等方面的制约，根据单一波形进行判识存在一定的局限性和不确定性，在实际检测过程中，需要检测者有丰富的检测经验，并根据施工记录、地质资料和开挖情况进行综
摘要：桩基础在建筑工程中占有十分重要的地位，属于建筑基础性工程，直接影响着整体工程的稳定性与安全性。桩基础施工中，容易出现较多的缺陷问题，需要采取措施。下面就低应变反射波法检测缺陷桩的处理探讨。
关键词：桩基检测；缺陷桩；方法
1 低应变反射波法桩基检测原理
低应变测桩技术起源于应力波理论，低应变中的反射波法是目前国内检测桩身质量较为有效、便捷的一种手段。反射波法将桩假设为一维均质弹性杆件模型（桩长》桩径）。混凝土桩的物理强度远大于桩周围土的物理强度，在桩顶部施加激振力，桩的端面上的质点将产生振动，振动的传播形成了波，波将沿着桩身进行传播，当桩身的波阻抗发生变化时，将产生反射和透射波，粘贴在桩顶部的速度传感器或加速度传感器将接受波阻抗变化时引起的反射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。
由一维波动方程：
（1）
波速：
（2）
定义波阻抗为Z则有：
（3）
进而可以求出反射波波速VR
（4）
（4）式中：VR为反射波速度；V1为入射波速度；RV为反射系数；Z为波阻抗；p1C1A1，为桩身混凝土广义波阻抗； C2A2为桩身缺陷和桩底岩土部分的广义波阻抗。
完整桩中桩身没有阻抗的变化，所以接受的反射波是桩底反射来的。对于缺陷桩我们从（4）式可以看出：1）缩颈桩C1 = C2，A1 > A2，由RV和V1同号，表现为反射波相位与初始入射波同向，但在缩颈的下界面，由于RV和V1反向，故后续反射波的相位与初始入射波相反；2）扩径桩C1= C2，A1< A2，RV和V1异号，表现为反射波相位与初始入射波反向，但在缩颈的下界面，RV和V1同号，故后续反射波的相位与初始入射波同向；3）严重离析桩C1A1= C2 A2， ，与扩径桩类似；4）部分离析桩C1 A1= C2 A2，>，与缩颈桩类似；5）空洞桩，在公式上的表现形式与缩颈桩相似，对于空洞的范围大小，直接影响反射波幅值。
当桩身存在缺陷时，根据接收到的缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值△t和桩身传播速席V来椎算缺陷位置。
（5）
2 缺陷桩的处理方法与案例分析
在桥梁桩基础施工过程中，由于地理环境、机械设备及人为因素等原因，难免在施工过程中出现一些缺陷桩现象。一旦缺陷桩基出现，不同缺陷程度有不同的处理方法，但是成本低效益高的方法是人们一直追寻的。缺陷桩处理常用方法有接桩、原位复桩、补桩、注浆、修改设计方案等。实践证明，浅部接桩、桩端注浆，在桩基加固处理提高综合承载力和减少沉降量方面是一种经济合理、技术先进的方法。
2.1浅部接桩
如果缺陷位置位于水位线以上，亦可采用明挖接桩的方式进行；桩身混凝土缺陷位于桩顶下 一定范围内（（5m以内），同时水位较低或水位容易降低时，可将缺陷处至桩顶的混凝土凿除，再用同标号或提高一个标号的混凝土接桩。
浅部缺陷的处理，一般进行浅部开挖，找到缺陷部位后进行局部剔凿。剔凿量比较少时，只要把缺陷部分清除干净，露出正常混凝土面，在上面刷一层高标号水泥砂浆，进行修补即可。剔凿量较大时，就需要进行接桩处理，把缺陷部位以上的桩身截除，重新焊接钢筋笼后浇筑混凝土。处理时一定要注意新旧混凝土结合面的质量，不能形成新的缺陷。
图1（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长21m，桩径1.0m，强度等C30，缺陷位置距桩顶约3m）的低应变反射波曲线。从波形上看，为浅部缺陷桩（断桩）曲线，（开挖得到验证）。除上面3m至混凝土新鲜界面，再检测，检测波形如图1（b）所示，桩身己无缺陷。采取接桩处理，图1（c）所示为接桩后的检测波形，接桩效果良好。
2.2重新成桩
对于桩身存在严重缺陷或缺陷部位深度较大的，同时由于客观条件不能采取其他方法处理的，为不留下隐患，可采用冲除废桩重新成桩的方法。
对在施工过程中及时发现和检测出的断桩，采用彻底清理后，在原位重新浇筑一根新桩，做到较为彻底处理。对己经成桩的缺陷桩，利用重锤把缺陷桩震碎，原位重新打孔灌桩，此种方法效果好、难度大、周期长、费用高，可根据工程的重要性、地质条件、缺陷数量等因素选择采用。
2.3注浆
根据无损检测所确定的缺陷位置进行钻孔取芯，再用高压水冲洗干净桩身混凝土中的夹泥或松散混凝土，然后将孔中的水排出，即可压浆，直至浆液充满缺陷部分。
图2（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长25m，桩径1.25m，强度等级C45）的低应变反射波曲线，设计为嵌岩桩。从波形上看，显示为桩底沉渣超厚，决定采取桩底注浆处理。图2（b）所示为注浆后的低应变检测波形。
（a）缺陷位置在距桩顶约3m处
（b）凿除后接桩前
（c）接桩后
图1浅部接桩处理低应变反射波形
（a）注浆前
（b）注浆后、
图2缺陷桩注浆处理低应变反射波形
通过对注浆前后的低应变检测结果对比来看，注浆前在桩底范围内，反射波速度信号与入射波速度信号大体一致，表明在桩底范围内，沉渣过厚或局部混凝土离析等质量缺陷。在注浆以后的低应变检测结果中，可以看出，通过注浆处理，桩底缺陷得到明显的改善。
2.4旁侧挖洞处理
此处理方法适合在地质情况良好不易塌方、地下水位较低的浅部采用。
图4（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长27m，桩径1.0m，强度等级C30，缺陷位置距桩顶约4m）的低应变反射波曲线。从波形上看，在距桩顶约4m处缺陷（断桩）。在靠近缺陷桩基旁边侧挖洞，整个断面凿除缺陷部位，并上下都露出混凝土新鲜界面，凿平整并凿毛（图3），彻底清理干净，焊接好钢筋，然后浇筑同标号或高标号混凝土，振捣密实。图4（b）所示为处理后的低应变检测波形。
图3旁侧挖洞处理示意
（a）处理前
（b）处理后
图4缺陷桩旁侧挖洞处理低应变反射波形
3 疑似缺陷桩的处理方法及案例分析
3.1桩顶扩径的干扰
图5（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长31m，桩径1.0m，强度等级C30）的低应变反射波曲线。从波形上看，在距桩顶约2m处波形异常。考虑到是浅部异常，建议开挖验证，开挖后显示桩顶大蘑菇头。凿除大蘑菇头扩径部分至原桩径，再低应变检测。图5（b）所示为低应变检测波形，波形显示正常，桩身完整。初检显示的波形异常是由桩顶扩径所致。
（a）处理前
（b） 处理后
图5蘑菇头桩的低应变反射波形
3.2地层的影响
图6（a）所示为某铁路工程桥梁桩基（桩长28m，桩径1.25m，强度等级C30）的低应变反射波曲线。从波形上看，在距桩顶约4m处波形异常。考虑到是浅部异常，建议开挖验证，开挖后桩身无异常。再低应变检测，图6（b）所示为开挖后的低应变检测波形，波形显示正常，桩身完整。初检显示的波形异常是由地质影响所致。
（a） 开挖前
（b）开挖后
图6地层影响桩的低应变反射波形
据勘察揭露显示，自桩顶向下4.8m为第四系全新统冲洪积层的粉质孰土，中间15.2m范围为粗砂、粗圆砾土，下面8m范围为花岗闪长岩。
4 结语
钻孔灌注桩混凝土一般为水下混凝土，因地质条件的复杂性以及混凝土灌注过程中的连续性要求，又由于水下混凝土灌注的特殊性，往往会因施工过程控制不当而产生各种质量缺陷。因此，一旦发生质量缺陷一定要认真分析、及时处理。经过检测，确定缺陷的性质和程度，针对具体问题制定妥善的处理方案和措施。
为防止发生断桩、夹泥等缺陷现象，在施工过程中，要控制好灌注工艺和操作流程。于桩身浅部缺陷，在采用低应变法检测时要特别注意。但由于受到理论和仪器等方面的制约，根据单一波形进行判识存在一定的局限性和不确定性，在实际检测过程中，需要检测者有丰富的检测经验，并根据施工记录、地质资料和开挖情况进行综