反射波法測樁身完整性的影響因素探討

柯潔銘

【摘 要】論述反射波法測樁身完整性的影響因素，包括傳感器的選擇與安裝、激振方式的確定、樁頭浮漿的影響、混凝土強度滿足與否、波速與樁長準確性、樁身質量問題引起波速的變化、露出樁頭的鋼筋對波形特征的影響、樁周摩阻力對缺陷反射波的影響等幾個方面，為檢測人員結合實際情況對樁身完整性進行較正確的判斷提供參考。

【關鍵詞】反射波法；樁身完整性；影響；因素；探討

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

反射波法是基樁低應變樁身完整性檢測中最常用的方法，其方法是在樁身頂部進行豎向激振產生彈性波，彈性波沿著樁身向下傳播，當樁身界面存在明顯波阻抗差異的時候（如樁底、裂縫、斷樁和嚴重離析等）或樁身截面積發生變化（如縮徑或擴徑）時，將產生反射波并被接收放大，通過分析實測樁頂速度響應信號的特征，進行樁身完整性判斷。該方法是以一維波動理論為基礎的，在我國已有幾十年的使用歷史，但影響該方法測試結果的因素比較多，雖然大部分單位（儀器）均能正確進行完整性檢測，但均存在一定的誤差，有的甚至誤判。因此，有必要就該方法的影響因素做一個探討，并盡最大努力降低這些因素的影響，提高其結果判斷的可靠性。

1 影響因素

1.1 傳感器的選擇與安裝

傳感器最好選用寬頻的壓電式加速度傳感器或磁電式速度傳感器，頻響曲線的有效范圍應覆蓋整個測試信號的頻帶范圍。傳感器的安裝根據和樁的接觸方式有剛性安裝（例如用射釘、膨脹螺銓固定）和柔性安裝（例如石膏、黃油、橡皮泥等粘結），無論采用哪種粘結方式，都應牢固并與樁頂面垂直，注意要保證傳感器安裝部位干燥無積水[1]。由于反射波法是建立在一維縱向振動波動理論的基礎上，傳感器的軸線與樁身的縱軸線是否平行是至關重要的，否則，入射波與反射波之間將產生夾角（相位角），二維效應將難以克服。因為敲擊產生的應力波除向下傳播外，也沿徑向向周邊傳播，從周邊反射回來的波與由圓心外散的波會發生疊加，由實踐可知，傳感器的安放點在距樁中心沿半徑方向約1/2～2/3R（半徑）處時，這樣將得到最小的反沖信號的出現，有利于淺部缺陷的評判，且距離主筋不宜小于50mm，以免鋼筋對測試信號產生干擾。另外檢測點與錘擊點應有足夠的距離以消除二維效應。

樁身淺部缺陷在灌注樁的施工中極易發生，同時其對工程質量的危害最大，對波形造成的畸變也最大，所以必須非常重視。為了提高對樁身淺部缺陷的分辨率，應選擇靈敏度高、阻尼比恰當、高頻性能好的傳感器。盡量提高傳感器的安裝剛度，采用沖擊鉆打孔、石膏粘結等安裝辦法可以提高安裝諧振頻率，有利于檢測基樁淺部缺陷。

1.2 激振方式

混凝土灌注樁、混凝土預制樁的激振點宜在樁頂中心部位；空心樁的激振點及傳感器的安裝位置應選擇在樁壁厚1/2處且應在同一平面上，與樁中心的連線形成的夾角約為90°激振錘和激振參數宜通過現場對比試驗選定，應先考慮樁底反射（特別是較長的大直徑樁）是否能激發出來，同時應考慮到淺部缺陷不被漏掉。短樁或淺部缺陷樁的檢測宜采用輕錘短脈沖擊振；長樁、大直徑樁或深部缺陷樁的檢測宜采用重錘寬脈沖激振，也可采用不同的錘墊來調整激振脈沖寬度。采用力棒激振時，應自由下落，但容易產生二次沖擊。采用力錘敲擊時，應使其作用力方向與樁頂面垂直。

激振時落錘應落在實處，動作干脆利落，以盡量使首脈沖狹窄且符合半正弦規律。調整的力度要均勻、大小以引起質點的單一壓縮振動為宜，實際操作時以曲線平衡歸零且能觀察到樁反射波為佳。過大的力也會引起樁頂的其他振動，反而不利于分析。敲擊的速度快些則激發的脈沖頻率高，慢些則激發的脈沖頻率低，改變敲擊的速度可以有效地抵制曲線的“漂移”。結合觀察到的波形有針對性的及時調整敲擊的力度、角度、速度。建議采用直流電工作的便攜儀器，讓敲擊人直接觀察到波形。一般而言，每一根被檢測樁每測點均應進行三次及以上的重復測試，重復測試的曲線要求出現特征點基本相似。出現異常應在現場及時研究，排除不良因素的影響后再重復測試。

當檢測淺部缺陷時，應增加激振信號的高頻成分，否則樁頂附近的缺陷反射信號會被低頻信號掩蓋，通常采用改變錘頭的材料、減少錘體尺寸以及在樁頂選擇硬點（硬度大的地方）激發等辦法來實現。采用剛度大的小錘輕敲，除能激發出頻率較高信號外，同時也使得樁土體系的振動比較單一，避免樁土體系的共振產生，有利于測試曲線的解釋。

同時儀器的采樣間隔要盡量的小，對某一具體工程，儀器的采樣間隔通常依據樁長的大小來設定。檢測過程中出現某根基樁波形異常且懷疑樁身淺部存在缺陷時，需減少儀器采樣間隔重新測試，以便提高計算缺陷的精度。檢測樁身淺部缺陷的采樣間隔取10～20μs較為合適。

1.3 樁頭浮漿的影響

大多混凝土灌注樁的樁頭或多或少存在浮漿，如果測試前，樁頭浮漿未能清除，樁頭錘擊的信號失去中高頻成分，樁間缺陷和樁間反射波也被濾去中高頻波，顯示的波形周期增大，既掩蓋了淺部樁身缺陷，又無法判別中、深部缺陷。在檢測前應徹底清除樁頂的浮漿、浮渣，在致密的樁頂上激振，確保樁頂面上只有軸向為主的壓縮力，而無水平向剪切力，使樁頂橫波無法產生，從根本上防止橫波干擾的出現。

1.4 混凝土強度、波速與樁長、樁身質量問題

樁長對整個工程質量而言至關重要，如果樁長嚴重不足，對于摩阻樁則樁周摩擦力不足，對于嵌巖樁則樁底未到持力層，因此承載力無法達到設計標準。在實際的單樁測試中，低應變反射波法無法直接測量樁長，波速也是在假定了樁長后按照C=2L/T算出的。儀器直接檢測到的數據只有彈性波傳播兩倍樁長的距離所用的時間T，L為假定樁長，一般取設計樁長，這種間接得到的樁長是否可靠？如果實際樁長為L，且L

工程樁基檢測中，樁身混凝土強度往往依賴建設單位或監理人員以及現場施工記錄和經驗確定，樁身的混凝土配合比是否符合設計要求？由實驗室試驗和經驗得到的波速變化范圍如何確定特征波速，反映多高程度的真實性等等。這些問題均直接影響了檢測人員對工程樁基施工質量和缺陷位置的評判。另外，同一場地，完整樁與缺陷樁的波速必須區別考慮，才能較好地判斷缺陷的位置和程度。

1.5 露出樁頭的鋼筋對波形特征的影響

混凝土灌注樁樁頭均出露有部分鋼筋以便于與基礎承臺相接。當小錘敲擊樁頭時，產生的擊振應力波易于在鋼筋上產生振蕩反射疊加于入射波，由于滯后傳播作用，會使淺部缺陷的反射波發生畸變，從而影響了淺部缺陷波形特征的識別。檢測中，如發現某樁出現難以分辨的淺部信息，可采取變換傳感器和錘擊位置，使之稍遠離鋼筋或采用黃沙置于鋼筋根部，減弱鋼筋籠振蕩，一般可避免其影響。

1.6 樁周摩阻力對缺陷反射波的影響

根據彈性波理論，波阻抗面的波阻抗差異愈大，反射能力愈強，反之反射能力愈弱。檢測中發現，在樁周為高摩側阻力地層情況下，基樁反射波形曲線比較光滑，少見較高頻成分。樁周在地層濕度的作用下，凝結度較差且與地層密實，樁土體系波阻抗差異小（即剛度比小），應力波在傳播過程中，樁身較小缺陷的反射波能量一部分向樁頭傳感器反射，另一部分向樁周土透射。由于反射能量弱，又在傳播過程中急劇衰減，無法在波形曲線上反映出來。

如何排除樁周不同土質因摩阻力不同對實測曲線的影響呢？通常可采用以下幾種方法[2]：

（1）選擇一根完好的樁做為參考樁，以它的實測曲線作為基礎，來判斷其它樁的實測曲線，當其他樁的實測曲線上有與參考樁不同的正相或反相反射波出現時，應視為土層的影響，而不是樁本身造成的。

在不能選定參考樁時，可根據現場大多數樁的實測曲線，結合場地的地質剖面圖來排除土質條件的影響。

（2）可利用場地的地質剖面圖以及靜力觸探或動力觸探（標準貫入）試驗曲線，來排除實測樁頂速度曲線中的土質影響。

2 結束語

反射波法測樁身完整性雖然方法簡便，測試快速，但因為可能受上述因素影響出現誤判的可能性較大，檢測人員必須在實際檢測工作中充分考慮上述影響因素并采取相關措施，才能獲得符合實際情況的較為可靠的結論。

【參考文獻】

[1]李銳，王磊.應力波反射波法測樁原理及實踐[J].西部探礦工程，2004-08（8）：16-17.

[2]劉國華，主編.最新公路工程路基路面設計施工技術規范與工程質量檢驗評定標準匯編[M].北京科大電子出版社，2005，03：265-267.

[3]穆海玉.低應變反射波法在樁基檢測中的應用和探討[J].應用科技：273.

[責任編輯：湯靜]