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摘要：低应变反射波法是一种被广泛的桩基质量检测方法，具有简单、高效、准确等优点。本文论述了低应变反射波检测法的工作机理，阐述了桩基质量问题的原因，并探讨了低应变反射波法在桩基检测中的应用，给出了不同桩基质量问题在曲线的反应表现，为同类检测提供参考。
关键词：低应变反射波法；工作机理；桩基；检测
桩基础是我国工程结构建设中最重要的基础形式，具有安全、有效、可靠等特点。但在建筑工程施工中，由于桩基属于地下隐蔽工程，且受施工工艺方面的影响，施工过程中难免出现离析、夹泥、缩颈、断裂等不良缺陷，这些缺陷不同程度地影响了基桩的质量而影响到上部结构物的安全，因此，桩基质量的检测越来越重要。在各种检测方法中，低应变反射波法目前应用最广泛，具有轻便灵巧、高效率、测试费用低廉和检测范围广等优点。在此，本文主要讨论低应变反射波法的基本理论，探讨它在桩基检测中的应用相关问题。
1 低应变反射波法检测基本原理
低应变反射波法进行桩身完整性检测是应用弹性波在一维杆状介质中的传播特性。当在桩顶施加一瞬时动力冲击后，就有弹性波以速度C沿桩身向下传播，并满足一维波动方程。当弹性波在传播过程中遇到弹性介质的突然变化界面时，例如：桩身断裂、夹泥、缩径、扩径、离析、桩底等，都将产生弹性波反射，采用速度或加速度传感器进行响应信号接收，在计算机上对接收的信号分析处理，识别来自桩身不同部位的反射信息。在时域或频域曲线上确定桩底反射波的位置，据此计算桩身波速，评价桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。
根据应力波理论，有如下规律：
式中，V为质点速度，下标I、R分别表示入射波、反射波，Z1、Z2分别为反射界面上下部广义波阻抗（Z1=ρ1C1A1，Z2=ρ2C2A2，A1、A2分别为界面上下桩身截面积）。
1）当桩身无缺陷时，Z2=Z1，VR=0，桩身内部不存在反射波，只存在桩底反射波；
2）当桩身存在缺陷时，Z2Z1，VR与VI反号，即在实测时域曲线上，反射波与入射波反相。
2 桩身质量缺陷的原因分析
桩身质量缺陷主要有夹泥、断裂、裂纹、缩径、空洞、离析等。其中又以离析、夹泥较为常见。
2.1 地质因素
桩周的软土、流砂、地下水等影响混凝土质量，桩周存在空洞及不密实区造成漏浆等。
2.2 工艺因素
1）桩身混凝土欠灌，造成桩头部位混凝土骨料少，浮浆多，浇注不良，桩身上部质量差。
2）灌注完成后导管抽拔太快，由于上部混凝土压力不够，使泥浆顺管壁下流，造成局部混凝土离析或夹泥，或在灌注过程中导管埋入混凝土过深或时间过长，拔管时造成混凝土内部出现空洞、蜂窝等缺陷。
3）在灌注时护桶下部软弱层在混凝土上翻时，将桩周土或卷入桩身，造成夹泥。
4）灌注时，由于各种原因引起灌注中断时间过长，造成二次灌注，使上部混凝土接近初凝，而泥浆中残渣不断沉淀，再次灌注后形成夹层或断桩。
5）施工中桩顶标高不准，导致混凝土欠灌，造成接桩；或因桩顶浮浆太厚，清掉浮浆后桩顶标高低于设计值，进行接桩处理。
6）由于承台基坑开挖及破桩头方法不当，对桩头部位产生严重扰动，引起桩身浅部开裂。
3 桩身检测波形曲线分析
浅部缺陷桩波形的特点为浅部有比较强的正向反射，波形畸变，伴随着的是大的低频现象。从理论上讲，这种桩基已经不符合一维杆件理论的基本假设，但是这种信号完全是可以辨认的。如果用低频锤（或力棒）激发时，入射脉冲宽仅为一形态异常的低频，时域信号中仅见一形态异常的低频波形，频谱中也是一大低频，缺陷位置难以确认，但是用高频锤（或力棒）激发时，将在大低频的基础上叠加一高频，频谱中出现双峰，相应的高频对应的位置为缺陷位置。这种浅部严重缺陷的桩的波形在实际检测中是很容易辨认，而且容易处理。将上部凿除后，重新接桩处理。
3.1 桩身浅部断裂桩
从图1所示低应变反射波形看（设计桩长：38m，设计桩径：1m，设计强度：C30，缺陷位置距桩顶约1.5m。），图1（A）显示一形态异常的低频宽幅震荡波形，分辨不出桩底信号，而且由于缺陷位于盲区范围之内，也不能确定出缺陷的准确位置，基本上可以认定为桩身浅部严重缺陷，但是从图1（b）高频波形可以看出，缺陷的位置很明显，在距桩顶约1.5m处。经开挖发现此桩在距桩顶1.5m处出现一横向裂纹，形成一横向断裂面。此种情况在小直径桩中较为常见，多为机械开挖清除浮浆时操作不当造成。在凿除掉上部1.5m后，接桩处理。由于存在检测盲区，当缺陷位置很浅时波形往往呈现低频振荡，不能准确确定缺陷位置。因此检测浅部缺陷桩时，如果激发脉冲宽度足够小，就能识别出浅部缺陷的特征和位置。
3.2 浅部缺陷桩
图2所示为某工程桩基3根桩基的低应变反射波曲线，从波形上看，均为浅部缺陷桩（断桩）曲线，已开挖得到验证，并采取了接桩处理。高频波形和低频波形均能识别出缺陷的位置。
3.3 浅部完全断桩
浅部断桩的低应变反射波曲线，可见同一缺陷的多次反射，而且反射间隔相等。此类缺陷的特点是在缺陷处存在周期性多次反射，反射的幅值较高。而且在频域中将出现等间隔逐步下降的谐振峰，各谐振峰均较尖。
从图3低应变检测波形看（设计桩长：33m，设计桩径：1m，设计强度：C30，缺陷位置距桩顶约7m。），有缺陷多次反射，反射次数达4次。从波形上可知，在桩身距桩顶约7.0m处出现一明显同向反射，同时分别在14.0m，21.0m，28.0m处均出现相似的同向多次反射，故判定此桩为桩身浅部断裂。经开挖证实，此桩在距桩顶7.0m处完全断裂，在7～7.5m范围内未发现有混凝土存在，仅是松软的无强度的粉质黏土与砂浆的混合物，7.5m以下才见坚硬的混凝土界面。可以判断为完全断桩。值得注意的是，在实际检测案例中，由于桩底处刚好位于多次反射区域，因此无法确认该处同向反射信号是否为桩底反射。
4 桩身浅部严重扩径检测波形曲线分析
桩身浅部扩径情况在检测中比较常见，波形呈正弦波形低频宽幅振荡或出现多次反射，不易看到桩底，容易误判为桩身浅部存在严重缺陷，检测人员要结合施工记录和实际开挖情况综合判识。图4为某铁路桥梁桩基的低应变检测波形（设计桩长：35m，设计桩径：1m，设计强度：C30，扩径位置距桩顶约1.5m。），由图4（A）可见该桩呈现低频正弦波形振荡，看不到明显的桩底反射，似乎桩身浅部有严重缺陷。经查施工记录，发现该桩在灌注时均有超灌现象，据现场地质，该桩在桩顶下1～2m处是淤泥质黏土，经开挖验证，该桩在距桩顶约1.6m处严重扩径，故波形在桩顶部位因严重扩径形成低频宽幅振荡，排除是桩身缺陷的判断。
5 结语
通过检测实践，我们发现，低应变反射波法虽然简变、快捷，可以较准确的检测桩基是否发生缩颈、扩颈、断桩、离析等缺陷，还可进一步确定缺陷的程度及位置范围。但同时，应用中也需要检测人员不但掌握检测方法的基础理论，熟悉仪器操作及数据采集，了解测试方法的局限性，注重实践经验的积累、有丰富的经验才能做出正确的判断。
参考文献：
[1] 臧丽萍.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].河南科技，2012年第08期
[2] 刘福臣；王文；张振善；刘文卿.桩基低应变检测波型分析及桩身整性判别[J]，港工技术.2012年第02期
关键词：低应变反射波法；工作机理；桩基；检测
桩基础是我国工程结构建设中最重要的基础形式，具有安全、有效、可靠等特点。但在建筑工程施工中，由于桩基属于地下隐蔽工程，且受施工工艺方面的影响，施工过程中难免出现离析、夹泥、缩颈、断裂等不良缺陷，这些缺陷不同程度地影响了基桩的质量而影响到上部结构物的安全，因此，桩基质量的检测越来越重要。在各种检测方法中，低应变反射波法目前应用最广泛，具有轻便灵巧、高效率、测试费用低廉和检测范围广等优点。在此，本文主要讨论低应变反射波法的基本理论，探讨它在桩基检测中的应用相关问题。
1 低应变反射波法检测基本原理
低应变反射波法进行桩身完整性检测是应用弹性波在一维杆状介质中的传播特性。当在桩顶施加一瞬时动力冲击后，就有弹性波以速度C沿桩身向下传播，并满足一维波动方程。当弹性波在传播过程中遇到弹性介质的突然变化界面时，例如：桩身断裂、夹泥、缩径、扩径、离析、桩底等，都将产生弹性波反射，采用速度或加速度传感器进行响应信号接收，在计算机上对接收的信号分析处理，识别来自桩身不同部位的反射信息。在时域或频域曲线上确定桩底反射波的位置，据此计算桩身波速，评价桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。
根据应力波理论，有如下规律：
式中，V为质点速度，下标I、R分别表示入射波、反射波，Z1、Z2分别为反射界面上下部广义波阻抗（Z1=ρ1C1A1，Z2=ρ2C2A2，A1、A2分别为界面上下桩身截面积）。
1）当桩身无缺陷时，Z2=Z1，VR=0，桩身内部不存在反射波，只存在桩底反射波；
2）当桩身存在缺陷时，Z2
2 桩身质量缺陷的原因分析
桩身质量缺陷主要有夹泥、断裂、裂纹、缩径、空洞、离析等。其中又以离析、夹泥较为常见。
2.1 地质因素
桩周的软土、流砂、地下水等影响混凝土质量，桩周存在空洞及不密实区造成漏浆等。
2.2 工艺因素
1）桩身混凝土欠灌，造成桩头部位混凝土骨料少，浮浆多，浇注不良，桩身上部质量差。
2）灌注完成后导管抽拔太快，由于上部混凝土压力不够，使泥浆顺管壁下流，造成局部混凝土离析或夹泥，或在灌注过程中导管埋入混凝土过深或时间过长，拔管时造成混凝土内部出现空洞、蜂窝等缺陷。
3）在灌注时护桶下部软弱层在混凝土上翻时，将桩周土或卷入桩身，造成夹泥。
4）灌注时，由于各种原因引起灌注中断时间过长，造成二次灌注，使上部混凝土接近初凝，而泥浆中残渣不断沉淀，再次灌注后形成夹层或断桩。
5）施工中桩顶标高不准，导致混凝土欠灌，造成接桩；或因桩顶浮浆太厚，清掉浮浆后桩顶标高低于设计值，进行接桩处理。
6）由于承台基坑开挖及破桩头方法不当，对桩头部位产生严重扰动，引起桩身浅部开裂。
3 桩身检测波形曲线分析
浅部缺陷桩波形的特点为浅部有比较强的正向反射，波形畸变，伴随着的是大的低频现象。从理论上讲，这种桩基已经不符合一维杆件理论的基本假设，但是这种信号完全是可以辨认的。如果用低频锤（或力棒）激发时，入射脉冲宽仅为一形态异常的低频，时域信号中仅见一形态异常的低频波形，频谱中也是一大低频，缺陷位置难以确认，但是用高频锤（或力棒）激发时，将在大低频的基础上叠加一高频，频谱中出现双峰，相应的高频对应的位置为缺陷位置。这种浅部严重缺陷的桩的波形在实际检测中是很容易辨认，而且容易处理。将上部凿除后，重新接桩处理。
3.1 桩身浅部断裂桩
从图1所示低应变反射波形看（设计桩长：38m，设计桩径：1m，设计强度：C30，缺陷位置距桩顶约1.5m。），图1（A）显示一形态异常的低频宽幅震荡波形，分辨不出桩底信号，而且由于缺陷位于盲区范围之内，也不能确定出缺陷的准确位置，基本上可以认定为桩身浅部严重缺陷，但是从图1（b）高频波形可以看出，缺陷的位置很明显，在距桩顶约1.5m处。经开挖发现此桩在距桩顶1.5m处出现一横向裂纹，形成一横向断裂面。此种情况在小直径桩中较为常见，多为机械开挖清除浮浆时操作不当造成。在凿除掉上部1.5m后，接桩处理。由于存在检测盲区，当缺陷位置很浅时波形往往呈现低频振荡，不能准确确定缺陷位置。因此检测浅部缺陷桩时，如果激发脉冲宽度足够小，就能识别出浅部缺陷的特征和位置。
3.2 浅部缺陷桩
图2所示为某工程桩基3根桩基的低应变反射波曲线，从波形上看，均为浅部缺陷桩（断桩）曲线，已开挖得到验证，并采取了接桩处理。高频波形和低频波形均能识别出缺陷的位置。
3.3 浅部完全断桩
浅部断桩的低应变反射波曲线，可见同一缺陷的多次反射，而且反射间隔相等。此类缺陷的特点是在缺陷处存在周期性多次反射，反射的幅值较高。而且在频域中将出现等间隔逐步下降的谐振峰，各谐振峰均较尖。
从图3低应变检测波形看（设计桩长：33m，设计桩径：1m，设计强度：C30，缺陷位置距桩顶约7m。），有缺陷多次反射，反射次数达4次。从波形上可知，在桩身距桩顶约7.0m处出现一明显同向反射，同时分别在14.0m，21.0m，28.0m处均出现相似的同向多次反射，故判定此桩为桩身浅部断裂。经开挖证实，此桩在距桩顶7.0m处完全断裂，在7～7.5m范围内未发现有混凝土存在，仅是松软的无强度的粉质黏土与砂浆的混合物，7.5m以下才见坚硬的混凝土界面。可以判断为完全断桩。值得注意的是，在实际检测案例中，由于桩底处刚好位于多次反射区域，因此无法确认该处同向反射信号是否为桩底反射。
4 桩身浅部严重扩径检测波形曲线分析
桩身浅部扩径情况在检测中比较常见，波形呈正弦波形低频宽幅振荡或出现多次反射，不易看到桩底，容易误判为桩身浅部存在严重缺陷，检测人员要结合施工记录和实际开挖情况综合判识。图4为某铁路桥梁桩基的低应变检测波形（设计桩长：35m，设计桩径：1m，设计强度：C30，扩径位置距桩顶约1.5m。），由图4（A）可见该桩呈现低频正弦波形振荡，看不到明显的桩底反射，似乎桩身浅部有严重缺陷。经查施工记录，发现该桩在灌注时均有超灌现象，据现场地质，该桩在桩顶下1～2m处是淤泥质黏土，经开挖验证，该桩在距桩顶约1.6m处严重扩径，故波形在桩顶部位因严重扩径形成低频宽幅振荡，排除是桩身缺陷的判断。
5 结语
通过检测实践，我们发现，低应变反射波法虽然简变、快捷，可以较准确的检测桩基是否发生缩颈、扩颈、断桩、离析等缺陷，还可进一步确定缺陷的程度及位置范围。但同时，应用中也需要检测人员不但掌握检测方法的基础理论，熟悉仪器操作及数据采集，了解测试方法的局限性，注重实践经验的积累、有丰富的经验才能做出正确的判断。
参考文献：
[1] 臧丽萍.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].河南科技，2012年第08期
[2] 刘福臣；王文；张振善；刘文卿.桩基低应变检测波型分析及桩身整性判别[J]，港工技术.2012年第02期