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桥梁隧道
适用范围
低应变反射波法是目前国内外使用最广泛的一种基桩无损检测方法，它集一维弹性波动理论对实测桩顶速度或加速度响应信号的时、频域特征来分析判定被检桩的桩身完整性，其中包括桩身存在的缺陷位置及其影响程度、桩端与持力层的结合状况。服装厂规章制度
根据一维弹性杆件波动理论，对由桩顶锤击产生的下行压缩波来说，当桩身某处波阻抗发生变化时将产生上行反射波。从广义讲，在某一桩身截面处波阻抗的降低，则表现为反射波与入射波的相位相同，如夹波、离析、缩径甚至断裂等；反之则表现为相位相反，如扩径等。因此，仅仅通过反射波的相位特征来判定桩身缺陷的具体类型具有一定的困难。另外，尽管目前国内外一些研究单位和厂家推出的反射波时域曲线拟合软件，但对桩身及其受地基土的作用难以给出可信度较高的定量分析结果，只能采用近似模拟方法。因此，本办法在应用中尚需结合岩土工程地质和施工技术资料，通过综合分析来对桩身和桩端存在的缺陷及其类型和影响程度作出定性判定。
由于其桩身反射信号复杂和桩端反射不易识别，依据一维杆件中的弹性波理论，本办法即不能应用于水泥土桩等非刚性材料桩，也不能用于混凝土竹节桩等异型刚性材料桩。
在桩顶受到低能量锤击的作用下，低应变弹性波在桩中传播至桩端，并反射回桩顶被传感器所接受。人们既可利用时域信号中的桩端反射时间来计算波在桩中的传播速度，也可利用该场地被检桩的平均波速来估算桩的长度。
但由于桩身材料和地基土的阻尼及辐射
阻尼效应，波的能量将随着传播距离的
增大而衰减，当被检桩超过一定的长度
后，不易测得清晰易辩的深部桩身缺
陷和桩端反射波，因此本办法检测受
到了一定的限制。另外，桩端反射波
的可辩性除受桩的长径比控制外，还
与桩侧土的弹性模量或波速的高低密
切相关，故新规程未对桩的长径比做
具体的定量规定。
对于嵌岩桩，由于桩端嵌入基岩
之中，往往存在有桩材料与基岩广义波
阻抗相接近的情况，使得在时域曲线上
桩端反射不明显或基本无法识别，这时
就应结合岩土工程勘察资料和实测时域
曲线来判断桩端嵌固情况。
检测仪器与设备
基桩动侧仪是用于冲击或振动荷
载作用下，对工程桩的桩身质量进行测
试分析的仪器，应具备增益高、噪音
低、频带宽的特点。提到的放大增益应
大于60dB，折合到输入端的噪声应低
于3 dB的要求。
传感器是安装在被检桩顶面用以
接受桩身和桩端反射波信号的重要器
件，其性能评价的主要指标为频响特
性、稳定性、量程、灵敏度等。速度传
感器由于生产工艺等方面的原因，其高
频响应受到限制，动测时传感器的安装
刚度会导致强烈的谐振，使传感器的可
测范围变窄而影响检测效果。目前基桩
动测所使用的传感器主要是压电式加速
度传感器，它无论从频响还是输出特性
方面均有较大的优点，更适合于低应变
反射波法测桩。
激振设备的材料及激振能量应综
合考虑到被检桩的类型及检测目的。当
检测短桩或桩身浅部缺陷时，冲击脉
冲的有效高频分量宜选择2kHz左右，
采用刚性好且脉冲宽度在1ms左右的铁
锤，或铜锤激振，便可满足检测要求。
若采用轻捶激发高频信号检测桩土阻尼
大的长桩或大直径桩，则桩身深部缺陷
或桩端反射信号必然太弱，其真实信号
陈丹婷整容
将被噪声所淹没，因此一般采用数十至
数百千克质量的力棒和铁球激振，其产
生的波能量大、脉冲宽、衰减小、反射
强，以便正确的判别桩身的完整性和桩
端的质量状态。
现场检测技术
被检桩顶面条件的好坏直接影响
着测试信号的质量和对桩身完整性判定
的准确性，因此，要求被检桩顶面的混
凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件
的基本相同。由于混凝土灌注桩在灌注
中桩顶或多或少存在一些低强度的浮
浆，将直接影响到传感器的安装以及锤
击所产生的弹性波在桩顶部位的传播，
因此检测前必须予以清理干净，以露出
坚硬的混凝土表面为准，检测前将被检
桩顶部与相连的垫层或承台断开，避免
因垫层或承台造成波的散射使实测波形
复杂化，影响对被检桩完整性得分析和
判断。
混凝土灌注桩成桩后过早地对其
进行低应变动测，将会因桩身混凝土强
度低造成波速明显偏低及桩身内部材料
阻尼和桩侧土的辐射阻尼偏高，因此难
以得到清晰易辩的深部缺陷和桩端反射
低应变反射波检测方法简介
文/邱  月
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信号，从而不能满足测试条件要求，混凝土灌注桩的检测宜在成桩14天后进行。对于打入或静压式混凝土预制桩，大部分采用接桩的形式。在同一承台相邻承台的打桩或压桩过程中，会对周围产生不同程度的挤土影响，严重的将会引起土体隆起或接桩部位脱焊，因此，应在桩基施工完后再进行完整性
检测。
为了能获得高质量检测信号，对传感器的安装提出了具体要求；传感器越轻，与桩顶表面安装的越贴近，接触刚度越大，所侧得的振动信号越接近于桩顶表面的质点振动信号，因此，传感器的安装技巧以及粘合剂的合理选择在现场检测工作中至关重要。稠度低的黄油、油性橡皮泥、粘性低的口香糖、颗粒粗的粘土以及调得过干或过稀的石膏均不能使用，更不得采用手按住传感器的方法进行检测，避免由此产生实测信号的严重寄生振荡而不能真实地反映桩身质量的实际信息。特别应该提出的是，传感器应在远离钢筋笼主筋处安装，以减少外露主筋振动或晃动对测试信号产生干扰。当确认周围钢筋笼对信号存在干扰时，应将钢筋截除后再进行检测。
对于直径大且桩身短的混凝土灌注桩，要求在桩中心激振，而将传感器安装于桩的1/2～2/3半径处，是因为此处由激振引起的表面波从桩侧来回反射产生的干扰信号为最小；而规定测点数随被检桩直径的增大而增多，是为避免桩顶面材料不均匀所产生的不利影响及桩身可能存在局部缺陷的遗漏。
在这里特别应指出的是，由于公路工程基桩的直径一般较大，在测试分析中应充分考虑到传感器和激振点之间的距离给波速计算带来的误差。根据近年来许多学者的研究表明，当传感器和激振点距离大于200mm时，存在实测时差∆T''。以一根直径为1500mm，长度为12.6m，混凝土强度等级为C25的钻孔灌注桩为例，当取传感器与激振点间距离为300mm，400mm，500mm，
600mm时，实测时差分别为0.1ms，
0.2ms，0.35ms和0.5 ms，也就是说
波速分别提高了1.4%，2.8%，5.0%
和7.3%，相应的缺陷位置的计算深
度也分别提高了0.17m，0.34m，
0.60m，和0.85m。因此，当激振
点与接收点距离大于200 mm时，实
测波速和缺陷位置应进行修正。时
差?T''可以通过计算两次S<200mm时
实测时程之差来求得。
用锤击方式激振时，可以通过改
变激振锤的重量及锤头材料，来改变初
始入射波的脉冲宽度或频率成分。刚度
较小的重锤，入射波脉冲较宽，含低频
成分较多，加上激振能量较大，弹性波
衰减较慢，适合于获取桩长深部缺陷或
桩端反射信号；刚度较大的轻锤，入射
波脉冲较窄，高频成分较多，若激振能
量较小，更适合于桩身浅部缺陷的识别
及定位。
随着桩径的增大，桩身混凝土在
截面和深度方向上的不均匀性均会增
加，桩浅部的阻抗变化往往表现明显的
方向性，增加桩顶测点的数量，可以使
检测结果更全面地反映出桩身完整性的
整体情况；新规程规定在每个测点重复
检测次数不宜少于3次，旨在确认检测
信号的一致性并提高有效信号的信噪
比；现场检测时，应合理地选择测试系
统尤其是传感器的量程范围，避免其过
载削波而影响检测分析结果。
检测数据分析与判定
目前用低应变反射波法判别桩身
完整性，主要是以时域波形为主、频域
分析为辅。解释时域波形的先决条件是
其含有桩身以及桩端质量信息的响应，
这样才能正确地分析桩身的缺陷、求取
桩身的波速以及估算桩身的强度是否符
合设计要求。
由于多种干扰成分的存在，时域
信号通常须采用滤波和平滑处理来突
出其中的有效信息，而不恰当的滤波
往往会导致漏判和波形畸变。当时域
信号一致差或干扰严重时，可结合频
域曲线相邻谐振峰所对应的频率差来
进行缺陷估判。
为了判断被检桩的质量和推算缺
陷的位置，首先应利用一定数量完整桩
的反射波波形获取同一工地的桩身波速
平均值。应该指出的是，虽然桩身波速
与混凝土强度等级之间有一定的相关
性（混凝土强度高，则其波速相对也
高），但由于混凝土的集料、砂粒成
分、粒径、水灰比以及成桩工艺等多种
影响因素，其规律各不相同，至今仍未
出混凝土强度与波速二者之间普通适
用且可靠的定量关系，因此，新规程没
有规定用实测桩身波速来推算混凝土材
料强度的具体方法。
同一工地完整桩桩身波速平均值
的准确取值，是检测分析桩身质量和桩
身缺陷的可靠前提。当某根桩露出地面
且具有一定高度时，可沿桩长方向且满
足量测精度要求的间隔距离安置两个振
动传感器，测出该桩段的波速值，并可
作为该桩波速的参考取值；当无法获取
本工地实测桩身平均波速时，可按类似
工程的检测数据或经验取值初步分析判
定被检桩的桩身缺陷。
用实测信号的频谱曲线辅助分析
被检桩的完整性时，当桩侧土与桩身材
料弹性模量或波速比差别较大时，会使
桩端第一与第二谐振峰的频率明显的比
后续的偏小，导致所计算出的桩身波速
与时域法计算的结果不一致。因此，式
Ci=2L×△f(Ci-第i根桩的桩身波速计算
值m/s；L-完整桩桩长m；△f-幅频曲线
桩端相邻谐振峰间的频差Hz，计算时
不宜取第一与第二峰)中的△f一般不宜
有桩端第一与第二谐振峰的频率来计
算，而应尽可能地采用更高阶的相邻谐
振峰频率。
吴中天对桩身时域反射信号进行分析
时。位于浅部、中部桩身截面阻抗突变
2010年第1期129
(1月上)《交通世界》
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型的断桩、严重离析和缩径等缺陷是容易识别的。而实际工程中，往往由于工程地质条件和施工工艺的原因，桩身某处沿深度会逐渐缓慢地增大或缩小，在某一深度处又以突变的方式恢复到设计尺寸。实测信号对缓变截面变化的反应不甚敏感，而对突变型截面变化反应敏感，因此容易将突变特征信号造成对桩身的质量类别的误判，对此必须引起注意。
对于公路工程中大量使用的嵌岩灌注桩，从理论上讲可以用低应变反射波法有效地检测出桩端的嵌岩质量，既在桩端波形呈反相反射时，则认为嵌岩状况良好，反之则认为在桩端处存在低劣混凝土或沉渣的可能性较大，或者存在较弱夹层或岩溶孔洞等。实际检测中，当嵌岩桩桩端出现较强的同相反射波，应采用频域曲线的嵌固系数辅助分析，结合岩土工程勘察和施工资料进行综合判断，必要时采用其他有效的方法进行核验，以确保桩基础工程使用的安全性。
判别I类型的重要标准是实测时域信号规则和桩端反射清晰易辩，振幅谱相邻峰间隔△f基本相等，同时满足△f =c/2L。另外应指出的是，在分析桩的时域信号时，可能存在的反射波应区分出是由桩身波阻抗变化或缺陷引起的还是由桩侧土的分层交界面引起的。一般
来说，若桩身截面和质量沿深度方向的
均匀性好，则由桩侧土分层交界面引起
的反射波是不强烈的。因此，在分析中
应综合考虑多方面的因素，以避免将完
整桩误判为缺陷桩。
由于工程地质或施工工艺等原
因，有些桩在时域曲线中反映为反向的
扩径特征，甚至可见到二次同相反射，
并且从施工记录中得到验证，此类桩一
般不应视为有缺陷，应判为基本完整的
II类桩。
对于缺陷桩，其实测时域波形和
频域曲线均呈现出一定程度的复杂性，
当桩身截面形状和材料均匀性沿深度的
变化严重时更是如此。判别桩身存在严
重缺陷的主要依据是在实测时域波形上
桩身某处的反射波强烈，并拌有多次反
射，一般情况无法识别桩端反射信号。
从实际工程应用角度来说，当一
个缺陷的类型、位置及其严重程度均被
较为准确地判定后，它对桩的工程性状
会产生怎么样的影响以及如何处理的问
题也就相对地容易解决了。本办法对被
检桩的质量类型进行判定，目的就是为
了向工程设计人员提供桩身缺陷的一个
综合影响评判指标。然而，由于低应变
网球场地反射波法固有的局限性，现实尚难以较
为准确地检测出缺陷的类型及其严重程
度，因而新规程对桩身质量类型的判定
结合仍具有一定程度的不确定性，在工
程应用中对此应予以注意。
对桩身反射信号，有的是真正的
桩身缺陷，但也有的是由土层分层界面
和桩身结构产生。从目前的工程实践来
看，仅运用本方法较为准确地判定出引
起桩身反射的确切原因还是有一定的困
难。目前通常是根据反射波信号峰值的
哈巴狗儿歌大小来判定桩身缺陷的程度，它除受缺
陷程度高低的影响外，还与桩侧土性质
及缺陷所处的深度有关，相同程度的缺
陷因桩侧土性或埋深不同，其反射波峰
值的大小存在明显的差异，因此，如何
正确判定桩身缺陷的严重程度并确定属
何类质量的桩，应仔细认真对照设计桩
型、工程地质条件和施工情况等进行综
合分析判断。不仅如此，缺陷桩的类别
划分还应结合基础和上部结构型式对桩
的沉降和承载力的要求，考虑桩身缺陷
引发桩身结构破坏可能性的大小，不宜
单凭测试信号定论。如果对缺陷程度和
质量类别的判别确有困难，除了进行复
测以确认曲线的真实性外，还应及时与
委托单位联系，以采用其他有效方法进
一步验证。
本方法依据时域曲线的桩端反射
时间和已知桩长来估算整桩的混凝土
波速，或采用桩身波速平均值来估算
某一根桩的桩长并判定是否达到设计
要求。尽管某一波速平均值不能代表
工地中某一根桩的真实波速，但对桩
型和施工工艺相同的、同一工地中的
康熙来了李晨
一批桩，用波速平均值估算桩长并作
为判定是否达到设计要求是目前较为
简便且较为可信的方法。在公路桥梁
的施工中，尤其是嵌岩桩实际桩长的
评估尤为重要。因此，在检测中发现
桩长估算值与设计桩长明显不符时，
必须进行复测直至采用钻孔取芯法在
桩身混凝土中取芯验证。
作者单位：秦皇岛市公路工程质量监督站
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