反射波法测桩身完整性的影响因素探讨

柯洁铭

【摘 要】论述反射波法测桩身完整性的影响因素，包括传感器的选择与安装、激振方式的确定、桩头浮浆的影响、混凝土强度满足与否、波速与桩长准确性、桩身质量问题引起波速的变化、露出桩头的钢筋对波形特征的影响、桩周摩阻力对缺陷反射波的影响等几个方面，为检测人员结合实际情况对桩身完整性进行较正确的判断提供参考。

【关键词】反射波法；桩身完整性；影响；因素；探讨

Discussion on Influence Factors of Pile Integrity Test With Reflected Wave Method

KE Jie-ming

（Nanjing Communication Vacational Technical College ，Nanjing Jiangsu，211188，China）

【Abstract】The influence factors of pile test with reflected wave method are discussed in the article，including the chosen and installation of sensor， the determination of vibration mode， the influence of pile head laitance， the concrete strength is satisfied or not， the accuracy of wave velocity and pile length， the variation of wave velocity caused by pile quality problems，the influence of exposed bars outside of pile head on the waveform characteristics， the influence of friction resistance around pile on flaw reflection wave，providing reference for testing personnel to get a correct judgement about pile integrity combined with the actual situation.

【Key words】Reflected wave method；Pile integrity；Influence；Factor；Discussion

0 前言

反射波法是基樁低应变桩身完整性检测中最常用的方法，其方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，当桩身界面存在明显波阻抗差异的时候（如桩底、裂缝、断桩和严重离析等）或桩身截面积发生变化（如缩径或扩径）时，将产生反射波并被接收放大，通过分析实测桩顶速度响应信号的特征，进行桩身完整性判断。该方法是以一维波动理论为基础的，在我国已有几十年的使用历史，但影响该方法测试结果的因素比较多，虽然大部分单位（仪器）均能正确进行完整性检测，但均存在一定的误差，有的甚至误判。因此，有必要就该方法的影响因素做一个探讨，并尽最大努力降低这些因素的影响，提高其结果判断的可靠性。

1 影响因素

1.1 传感器的选择与安装

传感器最好选用宽频的压电式加速度传感器或磁电式速度传感器，频响曲线的有效范围应覆盖整个测试信号的频带范围。传感器的安装根据和桩的接触方式有刚性安装（例如用射钉、膨胀螺铨固定）和柔性安装（例如石膏、黄油、橡皮泥等粘结），无论采用哪种粘结方式，都应牢固并与桩顶面垂直，注意要保证传感器安装部位干燥无积水[1]。由于反射波法是建立在一维纵向振动波动理论的基础上，传感器的轴线与桩身的纵轴线是否平行是至关重要的，否则，入射波与反射波之间将产生夹角（相位角），二维效应将难以克服。因为敲击产生的应力波除向下传播外，也沿径向向周边传播，从周边反射回来的波与由圆心外散的波会发生叠加，由实践可知，传感器的安放点在距桩中心沿半径方向约1/2～2/3R（半径）处时，这样将得到最小的反冲信号的出现，有利于浅部缺陷的评判，且距离主筋不宜小于50mm，以免钢筋对测试信号产生干扰。另外检测点与锤击点应有足够的距离以消除二维效应。

桩身浅部缺陷在灌注桩的施工中极易发生，同时其对工程质量的危害最大，对波形造成的畸变也最大，所以必须非常重视。为了提高对桩身浅部缺陷的分辨率，应选择灵敏度高、阻尼比恰当、高频性能好的传感器。尽量提高传感器的安装刚度，采用冲击钻打孔、石膏粘结等安装办法可以提高安装谐振频率，有利于检测基桩浅部缺陷。

1.2 激振方式

混凝土灌注桩、混凝土预制桩的激振点宜在桩顶中心部位；空心桩的激振点及传感器的安装位置应选择在桩壁厚1/2处且应在同一平面上，与桩中心的连线形成的夹角约为90°激振锤和激振参数宜通过现场对比试验选定，应先考虑桩底反射（特别是较长的大直径桩）是否能激发出来，同时应考虑到浅部缺陷不被漏掉。短桩或浅部缺陷桩的检测宜采用轻锤短脉冲击振；长桩、大直径桩或深部缺陷桩的检测宜采用重锤宽脉冲激振，也可采用不同的锤垫来调整激振脉冲宽度。采用力棒激振时，应自由下落，但容易产生二次冲击。采用力锤敲击时，应使其作用力方向与桩顶面垂直。

激振时落锤应落在实处，动作干脆利落，以尽量使首脉冲狭窄且符合半正弦规律。调整的力度要均匀、大小以引起质点的单一压缩振动为宜，实际操作时以曲线平衡归零且能观察到桩反射波为佳。过大的力也会引起桩顶的其他振动，反而不利于分析。敲击的速度快些则激发的脉冲频率高，慢些则激发的脉冲频率低，改变敲击的速度可以有效地抵制曲线的“漂移”。结合观察到的波形有针对性的及时调整敲击的力度、角度、速度。建议采用直流电工作的便携仪器，让敲击人直接观察到波形。一般而言，每一根被检测桩每测点均应进行三次及以上的重复测试，重复测试的曲线要求出现特征点基本相似。出现异常应在现场及时研究，排除不良因素的影响后再重复测试。

当检测浅部缺陷时，应增加激振信号的高频成分，否则桩顶附近的缺陷反射信号会被低频信号掩盖，通常采用改变锤头的材料、减少锤体尺寸以及在桩顶选择硬点（硬度大的地方）激发等办法来实现。采用刚度大的小锤轻敲，除能激发出频率较高信号外，同时也使得桩土体系的振动比较单一，避免桩土体系的共振产生，有利于测试曲线的解释。

同时仪器的采样间隔要尽量的小，对某一具体工程，仪器的采样间隔通常依据桩长的大小来设定。检测过程中出现某根基桩波形异常且怀疑桩身浅部存在缺陷时，需减少仪器采样间隔重新测试，以便提高计算缺陷的精度。检测桩身浅部缺陷的采样间隔取10～20μs较为合适。

1.3 桩头浮浆的影响

大多混凝土灌注桩的桩头或多或少存在浮浆，如果测试前，桩头浮浆未能清除，桩头锤击的信号失去中高频成分，桩间缺陷和桩间反射波也被滤去中高频波，显示的波形周期增大，既掩盖了浅部桩身缺陷，又无法判别中、深部缺陷。在检测前应彻底清除桩顶的浮浆、浮渣，在致密的樁顶上激振，确保桩顶面上只有轴向为主的压缩力，而无水平向剪切力，使桩顶横波无法产生，从根本上防止横波干扰的出现。

1.4 混凝土强度、波速与桩长、桩身质量问题

桩长对整个工程质量而言至关重要，如果桩长严重不足，对于摩阻桩则桩周摩擦力不足，对于嵌岩桩则桩底未到持力层，因此承载力无法达到设计标准。在实际的单桩测试中，低应变反射波法无法直接测量桩长，波速也是在假定了桩长后按照C=2L/T算出的。仪器直接检测到的数据只有弹性波传播两倍桩长的距离所用的时间T，L为假定桩长，一般取设计桩长，这种间接得到的桩长是否可靠？如果实际桩长为L，且L

工程桩基检测中，桩身混凝土强度往往依赖建设单位或监理人员以及现场施工记录和经验确定，桩身的混凝土配合比是否符合设计要求？由实验室试验和经验得到的波速变化范围如何确定特征波速，反映多高程度的真实性等等。这些问题均直接影响了检测人员对工程桩基施工质量和缺陷位置的评判。另外，同一场地，完整桩与缺陷桩的波速必须区别考虑，才能较好地判断缺陷的位置和程度。

1.5 露出桩头的钢筋对波形特征的影响

混凝土灌注桩桩头均出露有部分钢筋以便于与基础承台相接。当小锤敲击桩头时，产生的击振应力波易于在钢筋上产生振荡反射叠加于入射波，由于滞后传播作用，会使浅部缺陷的反射波发生畸变，从而影响了浅部缺陷波形特征的识别。检测中，如发现某桩出现难以分辨的浅部信息，可采取变换传感器和锤击位置，使之稍远离钢筋或采用黄沙置于钢筋根部，减弱钢筋笼振荡，一般可避免其影响。

1.6 桩周摩阻力对缺陷反射波的影响

根据弹性波理论，波阻抗面的波阻抗差异愈大，反射能力愈强，反之反射能力愈弱。检测中发现，在桩周为高摩侧阻力地层情况下，基桩反射波形曲线比较光滑，少见较高频成分。桩周在地层湿度的作用下，凝结度较差且与地层密实，桩土体系波阻抗差异小（即刚度比小），应力波在传播过程中，桩身较小缺陷的反射波能量一部分向桩头传感器反射，另一部分向桩周土透射。由于反射能量弱，又在传播过程中急剧衰减，无法在波形曲线上反映出来。

如何排除桩周不同土质因摩阻力不同对实测曲线的影响呢？通常可采用以下几种方法[2]：

（1）选择一根完好的桩做为参考桩，以它的实测曲线作为基础，来判断其它桩的实测曲线，当其他桩的实测曲线上有与参考桩不同的正相或反相反射波出现时，应视为土层的影响，而不是桩本身造成的。

在不能选定参考桩时，可根据现场大多数桩的实测曲线，结合场地的地质剖面图来排除土质条件的影响。

（2）可利用场地的地质剖面图以及静力触探或动力触探（标准贯入）试验曲线，来排除实测桩顶速度曲线中的土质影响。

2 结束语

反射波法测桩身完整性虽然方法简便，测试快速，但因为可能受上述因素影响出现误判的可能性较大，检测人员必须在实际检测工作中充分考虑上述影响因素并采取相关措施，才能获得符合实际情况的较为可靠的结论。

【参考文献】

[1]李锐，王磊.应力波反射波法测桩原理及实践[J].西部探矿工程，2004-08（8）：16-17.

[2]刘国华，主编.最新公路工程路基路面设计施工技术规范与工程质量检验评定标准汇编[M].北京科大电子出版社，2005，03：265-267.

[3]穆海玉.低应变反射波法在桩基检测中的应用和探讨[J].应用科技：273.

[责任编辑：汤静]