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摘 要；本文介绍了基桩完整性测试仪（P.I.T.）的基本性能。简要论述了反射波法的基本原理。结合理论及工程实践对反射波法（P.I.T.）基桩完整性检测激振技术进行探讨。给其他应用反射波法（P.I.T）进行基桩完整性检测的工程技术人员以启示。
关键词：反射波法；基桩；完整性；激振技术
1、引言
反射波法是一种应用一维弹性波传播原理，检测桩身混凝土完整性，推定缺陷类型极其在桩身中位置的基桩低应变完整性检测方法。该方法模型简单合理，检测准确性高，是目前应用最为普遍的基桩低应变完整性检测方法。激振技术虽表面看似简单，其中有相当的技术含量，是检测成败的关键。低应变基桩完整性检测中激振的原则要求是： 激振能量适中，激振力的波动模式单一，只含纵波。而激振点位置，激振能量大小、激振脉冲宽度等是激振技术的关键环节。本文对这些问题进行探讨。
2、反射波法的应力波模型及检测原理
当埋入土中的桩,受一瞬态激振力施加于桩顶时,其振动特征一般应按桩土相互作用的原理来描述。这时首先假定桩为均匀的一维杆件，各界面的应力是均匀分布的。由于应力波在混凝土中的传播速度远大于应力波在桩周土中的传播速度，故人们总是把应力波在桩身中的传播特性用一维波动方程来解释。
（1）式中：U为桩身某单元在x方向上的位移；
C为应力波在桩身中传播的速度C=E/
E为桩身混凝土的弹性摸量；
为桩身混凝土的容重；
当弹性波在桩体中传播，遇到一个波阻抗不同的质量缺陷时，即 、A、C中的任何一项发生变化（A为桩身横截面的有效面积），即形成波阻抗界面。应力波在传播过程中，遇到该界面就会产生反射和透射，也就是说有一部分能量传回第一界面，而另一部分能量传入第二界面。根据界面声压连续及振速连续的两个条件，可得其界面质点振动速度和压力表达式如下：
3、激振技术
3.1检测前制定合理的激振方案
接到检测任务进入现场前，充分了解收集有关被检桩桩长、桩径、施工工艺、混凝土强度等级、工程地质状况等有关工程信息，根据具体工程情况制定有针对性的检测方案，不同锤重的一组激振手锤，不同重量的力棒、不同厚度、不同软硬程度的锤垫。如果该工程的施工队伍是曾经多次被检测过的，应该依据该施工单位以往容易出现的质量缺陷类型及位置等具体情况，有针对性的特别关注。
3.2不同重量、不同软硬程度的激振设备结合使用
激振能量适中，入射波脉冲宽度也就是应力波频率适当是反射波法对激振的基本要求。通过不同重量、不同软硬程度的激振手锤及力棒，以及不同厚度、不同软硬程度的锤垫的使用，以达到调整激振能量、脉冲宽度的目的，以利找到最佳激振能量与最假分辨率。不同软硬程度的激振设备结合使用于发现桩底及上部缺陷。控制脉冲宽窄以获得清晰的桩身阻抗变化，同时又不产生明显的波形失真及高频干扰。
3.3曲线复杂时应将激振能量及脉冲宽度细化
现场检测时，遇到被检桩曲线复杂，或缺陷程度现场难于大致确定时，应在使用不同重量的激振设备、用于机械滤波的不同锤垫的同时，利用施加不同的激振力的方式进一步细化激振能量及脉冲宽度，这种细化以充分得到桩身信息为原则，以能清晰地反映桩身缺陷为原则。针对这一问题作者的具体做法是在操作仪器的同时，自己进行激振操作，通过手锤激振时施加不同的激振力调整激振能量，通过控制收锤时间，从而控制作用时间以控
3.3尽量增加检测激振点
《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）规定“实心桩的激振点位置应选择在桩的中心；测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处；空心桩的激振点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90°，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁后的1/2处。”其理论依据是实心桩安装点在距桩中心约2/3半径R时所受干扰相对较小；空心桩安装点与激振点平面夹角等于或略大于90°时也有类似效果，该处相当于横向偶合低阶振型的驻点。根据作者的工程实践，这样的规定虽然有一定的理论根据，但因为基桩检测的复杂性，单纯按规范规定的检测点进行检测不能完全解决检测中的所有问题。我们的做法是，先按规范规定的激振与测量传感器的安装点进行检测，如果曲线无异常且桩身未发现缺陷，即可结束该被检桩检测，反之，应增加检测点。作者有大量不按规范规定激振点检测，从尔发现桩身缺陷的工程实践。下面以一个工程实践对该观点做进一步说明。工程为某啤酒厂锅炉房，桩径为φ600，桩长15米，设计混凝土强度等级C25,采用正循环泥浆护壁钻孔灌注桩工艺，作者采用P.I.T.对该工程进行基桩完整性检测。其中一棵被检桩，距桩顶1.9米处有一，肉眼可见的，明显空洞，只有当测量传感器安装在缺陷正上方桩顶对应位置，激振点为距桩中心2/3半径处，且与传感器及桩中心夹角为约15°时方能发现距桩顶1.9米，肉眼可见的，明显空洞。其他位置十几次反复检测曲线均无缺陷反射。故此增加激振点是十分必要的。该工程的检测实践同时说明，浅部缺陷反射的应力波与激振点及传感器安装位置有很大关系。当发现浅部有缺陷时，应尽量多的增加激振点与传感器安装位置。另外多点选择还有利于排除邻近安装与敲击点的局部微小缺陷和其它因素引起的干扰。
3.4激振锤手柄尽量短，减少激振的水平分量
反射波法基桩完整性检测要求激振力波动模式单一，只含纵波。这只是理论上的要求，实际检测中只能做到尽量，采用手锤作为激振设备时，在满足使用的同时应尽量缩短激振手锤手柄长度，这样可以做到减少激振力水平分量的目的。美国PDI（桩基动力学公司）P.I.T.配套的激振锤，手柄长度做的就比较合理，虽然有关文献报道其也存在一些问题，但在手柄长度这一点上，从作者的数百个工程实践来看，是合适的。为降低手锤敲击时水平分量，激振锤手柄不宜过长。
3.5不要轻视桩头处理
对我们国家目前大量使用的混凝土灌注桩，我们的做法是截至设计标高，激振点位置磨平，并能保证激振点与测量传感器安装位置是密实坚硬的混凝土。现场检测前首先对被检桩目测，看桩顶及裸露部分是否有松动，破碎等状况，一旦有这类情况出现，要求有关单位重新进行处理。而激振时，第一个检测点选择最能满足检测要求的，然后类推。对预应力管桩，一旦检测曲线异常，可以首先怀疑法兰盘与桩身混凝土结合出现问题，不紧密，应先调整激振点与传感器安装位置，经多次调整仍不能满足检测要求，可用专用截桩设備，将法兰盘截掉并磨平。桩头的处理实际上是个责任心问题，具体检测人员对此不可放松要求。桩头处理实际上是检测成败的关键环节之一。
4、结论
应用反射波（P.I.T.）进行基桩完整性检测，检测前针对具体工程制定包括激振设备组合在内的详细方案。不同重量、不同软硬程度的激振设备结合使用，具体检测操作时通过调整激振施加的力，控制激振能量、调整脉冲宽度，当检测曲线异常时对激振能量及脉冲宽度进一步细化，通过调整激振施加的力，以达到最佳激振效果，做到即发现桩底又不漏掉桩身各部位的缺陷。在满足规范要求的前提下，尽量增加检测激振点，以保证不出现缺陷漏测。为了减少激振力水平分量，采用手锤作激振设备时，应选用手柄尽量短的手锤。被检桩桩头处理是影响该桩检测成败的关键因素之一，对此检测者万不可轻视。反射波法基桩完整性检测激振技术，看似没多大技术含量，但其中暗含着相当的理论支持，是检测成败的关键，希望有关检测人员对此加以足够重视。
关键词：反射波法；基桩；完整性；激振技术
1、引言
反射波法是一种应用一维弹性波传播原理，检测桩身混凝土完整性，推定缺陷类型极其在桩身中位置的基桩低应变完整性检测方法。该方法模型简单合理，检测准确性高，是目前应用最为普遍的基桩低应变完整性检测方法。激振技术虽表面看似简单，其中有相当的技术含量，是检测成败的关键。低应变基桩完整性检测中激振的原则要求是： 激振能量适中，激振力的波动模式单一，只含纵波。而激振点位置，激振能量大小、激振脉冲宽度等是激振技术的关键环节。本文对这些问题进行探讨。
2、反射波法的应力波模型及检测原理
当埋入土中的桩,受一瞬态激振力施加于桩顶时,其振动特征一般应按桩土相互作用的原理来描述。这时首先假定桩为均匀的一维杆件，各界面的应力是均匀分布的。由于应力波在混凝土中的传播速度远大于应力波在桩周土中的传播速度，故人们总是把应力波在桩身中的传播特性用一维波动方程来解释。
（1）式中：U为桩身某单元在x方向上的位移；
C为应力波在桩身中传播的速度C=E/
E为桩身混凝土的弹性摸量；
为桩身混凝土的容重；
当弹性波在桩体中传播，遇到一个波阻抗不同的质量缺陷时，即 、A、C中的任何一项发生变化（A为桩身横截面的有效面积），即形成波阻抗界面。应力波在传播过程中，遇到该界面就会产生反射和透射，也就是说有一部分能量传回第一界面，而另一部分能量传入第二界面。根据界面声压连续及振速连续的两个条件，可得其界面质点振动速度和压力表达式如下：
3、激振技术
3.1检测前制定合理的激振方案
接到检测任务进入现场前，充分了解收集有关被检桩桩长、桩径、施工工艺、混凝土强度等级、工程地质状况等有关工程信息，根据具体工程情况制定有针对性的检测方案，不同锤重的一组激振手锤，不同重量的力棒、不同厚度、不同软硬程度的锤垫。如果该工程的施工队伍是曾经多次被检测过的，应该依据该施工单位以往容易出现的质量缺陷类型及位置等具体情况，有针对性的特别关注。
3.2不同重量、不同软硬程度的激振设备结合使用
激振能量适中，入射波脉冲宽度也就是应力波频率适当是反射波法对激振的基本要求。通过不同重量、不同软硬程度的激振手锤及力棒，以及不同厚度、不同软硬程度的锤垫的使用，以达到调整激振能量、脉冲宽度的目的，以利找到最佳激振能量与最假分辨率。不同软硬程度的激振设备结合使用于发现桩底及上部缺陷。控制脉冲宽窄以获得清晰的桩身阻抗变化，同时又不产生明显的波形失真及高频干扰。
3.3曲线复杂时应将激振能量及脉冲宽度细化
现场检测时，遇到被检桩曲线复杂，或缺陷程度现场难于大致确定时，应在使用不同重量的激振设备、用于机械滤波的不同锤垫的同时，利用施加不同的激振力的方式进一步细化激振能量及脉冲宽度，这种细化以充分得到桩身信息为原则，以能清晰地反映桩身缺陷为原则。针对这一问题作者的具体做法是在操作仪器的同时，自己进行激振操作，通过手锤激振时施加不同的激振力调整激振能量，通过控制收锤时间，从而控制作用时间以控
3.3尽量增加检测激振点
《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）规定“实心桩的激振点位置应选择在桩的中心；测量传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处；空心桩的激振点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90°，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁后的1/2处。”其理论依据是实心桩安装点在距桩中心约2/3半径R时所受干扰相对较小；空心桩安装点与激振点平面夹角等于或略大于90°时也有类似效果，该处相当于横向偶合低阶振型的驻点。根据作者的工程实践，这样的规定虽然有一定的理论根据，但因为基桩检测的复杂性，单纯按规范规定的检测点进行检测不能完全解决检测中的所有问题。我们的做法是，先按规范规定的激振与测量传感器的安装点进行检测，如果曲线无异常且桩身未发现缺陷，即可结束该被检桩检测，反之，应增加检测点。作者有大量不按规范规定激振点检测，从尔发现桩身缺陷的工程实践。下面以一个工程实践对该观点做进一步说明。工程为某啤酒厂锅炉房，桩径为φ600，桩长15米，设计混凝土强度等级C25,采用正循环泥浆护壁钻孔灌注桩工艺，作者采用P.I.T.对该工程进行基桩完整性检测。其中一棵被检桩，距桩顶1.9米处有一，肉眼可见的，明显空洞，只有当测量传感器安装在缺陷正上方桩顶对应位置，激振点为距桩中心2/3半径处，且与传感器及桩中心夹角为约15°时方能发现距桩顶1.9米，肉眼可见的，明显空洞。其他位置十几次反复检测曲线均无缺陷反射。故此增加激振点是十分必要的。该工程的检测实践同时说明，浅部缺陷反射的应力波与激振点及传感器安装位置有很大关系。当发现浅部有缺陷时，应尽量多的增加激振点与传感器安装位置。另外多点选择还有利于排除邻近安装与敲击点的局部微小缺陷和其它因素引起的干扰。
3.4激振锤手柄尽量短，减少激振的水平分量
反射波法基桩完整性检测要求激振力波动模式单一，只含纵波。这只是理论上的要求，实际检测中只能做到尽量，采用手锤作为激振设备时，在满足使用的同时应尽量缩短激振手锤手柄长度，这样可以做到减少激振力水平分量的目的。美国PDI（桩基动力学公司）P.I.T.配套的激振锤，手柄长度做的就比较合理，虽然有关文献报道其也存在一些问题，但在手柄长度这一点上，从作者的数百个工程实践来看，是合适的。为降低手锤敲击时水平分量，激振锤手柄不宜过长。
3.5不要轻视桩头处理
对我们国家目前大量使用的混凝土灌注桩，我们的做法是截至设计标高，激振点位置磨平，并能保证激振点与测量传感器安装位置是密实坚硬的混凝土。现场检测前首先对被检桩目测，看桩顶及裸露部分是否有松动，破碎等状况，一旦有这类情况出现，要求有关单位重新进行处理。而激振时，第一个检测点选择最能满足检测要求的，然后类推。对预应力管桩，一旦检测曲线异常，可以首先怀疑法兰盘与桩身混凝土结合出现问题，不紧密，应先调整激振点与传感器安装位置，经多次调整仍不能满足检测要求，可用专用截桩设備，将法兰盘截掉并磨平。桩头的处理实际上是个责任心问题，具体检测人员对此不可放松要求。桩头处理实际上是检测成败的关键环节之一。
4、结论
应用反射波（P.I.T.）进行基桩完整性检测，检测前针对具体工程制定包括激振设备组合在内的详细方案。不同重量、不同软硬程度的激振设备结合使用，具体检测操作时通过调整激振施加的力，控制激振能量、调整脉冲宽度，当检测曲线异常时对激振能量及脉冲宽度进一步细化，通过调整激振施加的力，以达到最佳激振效果，做到即发现桩底又不漏掉桩身各部位的缺陷。在满足规范要求的前提下，尽量增加检测激振点，以保证不出现缺陷漏测。为了减少激振力水平分量，采用手锤作激振设备时，应选用手柄尽量短的手锤。被检桩桩头处理是影响该桩检测成败的关键因素之一，对此检测者万不可轻视。反射波法基桩完整性检测激振技术，看似没多大技术含量，但其中暗含着相当的理论支持，是检测成败的关键，希望有关检测人员对此加以足够重视。