刘颖聪
(1. 武汉建诚工程技术有限公司，湖北 武汉，430040)
摘要：低应变反射波技术的开发与运用经过多年的发展，在各个工程领域的桩基检测中起到了重要的作用。基桩低应变反射波法所涉及的知识面比较广，不仅要有岩土工程、桩基设计、施工和检验等方面的知识，也要有振动理论，应力波理论等方面的知识。该方法虽然应用广泛，但是在实践中仍然存在一些问题，值得进一步分析讨论。
关键词 低应变反射波法；桩基础；问题分析
0 引言
近年来，各类工程检测技术发展迅猛，作为桩基完整性检测方法之一，低应变反射波法的发展尤为突出。反射波法以一维线弹性杆件模型为理论基础[1]。反射波法的基本原理是：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，当桩身存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩颈或扩径）部位，波阻抗将发生变化，产生反射波，通过桩顶安装的传感器接收反射信号，判断桩身完整性和缺陷位置。低应变反射波法虽然是比较成熟的技术，但在实际使用中还存在一些问题，需要作进一步的分析2]。
1 弹性波速与桩身混凝土强度
在实际工程桩的质量检测中，有时要求检测单位提供桩身混凝土的强度等级，根据波速换算混凝土强度的依据极不充分。针对该问题，从几个方面进行讨论[3]：
低应变试验只能测得时间量，因此若要计算缺陷深度或桩长，就要已知弹性波速。在已知真实桩长的情况下，可以获得桩的平均弹性波速，根据这个平均弹性波速来计算缺陷深度，或根据经验设定平均弹性波速来计算桩长和缺陷深度。
一般的，强度越高的混凝土对应的波速越高，但不是简单的一一对应关系。而且影响弹性波速的因素甚多，试验表明：（1）混凝土的弹性波速还与混凝土的配比、骨料的大小及种类等诸多因素有关。（2）桩的弹性波速还受桩周土和入射波频率的影响：打入土中的桩的弹性波速要低于自由桩的弹性波速；高应变试验测得的波速要低于低应变试验测得的波速，低应变试验测得的弹性波速要低于超声波测得的波速。（3）完整桩的弹性波速一般要高于有缺陷桩的弹性波速。
桩的平均弹性波速高并不表示桩是合格的，有些资料根据弹性波速的高低来判断桩是否合格是错误的。例如局部的严重缺陷虽然会降低平均波速，但平均弹性波速变化不大。因此，通过已知桩长求得的平均弹性波速不宜推算桩的混凝土强度等级；在大多数实际工程中，施工单位提供的桩长与实际桩长有一定的出入，利用不准确的桩长获得的平均弹性波速，是不能推算桩的混凝土等级的。判断桩是否合格应根据桩的阻抗变化来决定。
因此，目前应力波反射波法还不能提供桩身混凝土强度，除非在本地区进行了大量的对比试验，并获得了有规律的资料。
2 有效检测深度
应力波在桩身传播过程中逐渐衰减，所以能否测得桩底反射，取决于应力波的衰减程度，影响因素主要有:
（1）桩周土性质
应力波衰减快慢和桩周土好坏有关，根据桩土模量比Ep/Es分析如下:
当Ep/Es→∞时，桩无侧阻力，相当于一根杆件， 桩身材料阻尼又很小，对于L/d很大的桩都能看到桩端部多次反射；当Ep/Es→1时，即土和桩刚度接近。例如：水泥土桩、旋喷桩等难于用动力法进行检测，不大的L/d也不易看到桩底反射；对于桩周土质很好的桩，Ep/Es小， 能量衰减快，对L/d较大的桩，难于看到桩底反射。
（2）桩底土性质
桩底上的等效阻抗与桩身波阻抗接近时，大部分能量在桩底向土中辐射，即使L/d较小的桩，也很难测得桩底反射。所以桩底士与桩身材料性质差异越大，最大检测长度越长。
（3）桩长径比(L/d)
相同土层，桩长径比((L/d)越大，最大检测桩长越小。一般地， 低应变动力试验检测工程桩的最大深度大约为30倍桩径，主要与桩土刚度比有关。
桩的强度越高、桩周土阻力越小，则测试深度越深，少数情况的最大测试深度可达50倍桩径；在相同地质条件下，桩径越大，则测试深度越深。当桩土刚度比较小，土阻力很大，最大测试深度可能只有20倍桩径，桩身强度低或局部强度极低，桩身阻抗变化复杂、如存在多个缺陷或缺陷很严重，会导致桩底反射波不明确。
3 浅部缺陷
桩浅部或桩上部存在缺陷或严重缺陷时，这时一维应力波的平截面假设不成立，实测曲线可能会出现“振荡”信号，而且变化锤击点和传感器安装位置对实测曲线有一定的影响，采用一维波动理论分析实测曲线会较困难，低应变动力试验对浅部缺陷较敏感，浅部缺陷的存在，往往导致无法分析中下部缺陷。因此要结合实测曲线和工程经验进行综合分析。实测浅部缺陷信号一般有三种形式：明显的周期反射曲线；大低频信号（刚体运动占主导地位）；大低频叠加周期反射曲线。
在此需重点说明下产生振荡的原因和消除办法。
应力波反射法测桩产生的振荡信号有传感器本身特性、电源50Hz干扰、敲击振源、传感器安装和桩身浅部缺陷等原因引起。
（1）有的传感器频响窄。可换用高阻尼、短余振传感器加以解决。
（2）电源50Hz干扰有可能从电源输入端或信号输入端感应进去。前者可将电源插头反向安装或电源插头输入端引一根地线得到解决；后者可以将测柱仪技地或成不使信号线与潮湿地面接触或改用直流电源得到解决。
（3）传感器安装离敲击点太近也容易产生振荡信号，安装传感器的粘接剂弹性太好或太厚或安装不牢靠，都容易产生寄生振荡。
（4）加速度传感器高频响应特性好，在不加滤波情况下脉冲宽度又较窄时，曲线都可能有振荡信号存在。当把加速度积分成速度信号，再加上滤波，可以得到不振荡的较好曲线。但这样做有可能将小缺陷漏判。
（5）假如排除以上原因后，曲线还有振荡，就有可能是桩身浅部缺陷的多次反射。
4 相关影响因素分析
（1）电缆线长度对测量加速度的影响
一般来说， 电缆线越长则其电感、电容越大， 影响电荷放电时间，故电缆线过长，加速度信号有可能失真，反向过冲往往较大。
（2）脉冲频率或滤波频率较低对浅部及桩身阻抗变化分析的影响
当桩身浅部阻抗发生变化，其反射波的频率较高。若桩身深部也存在阻抗变化，其反射波在桩底面反射后经浅部阻抗变化处又会产生反射。当脉冲频率或滤波频率较低时，高频反射波部分会丢失，导致实测信号失真。对浅部有缩径深部有扩径现象的桩，当脉冲频率及滤波频率较高时，可以清楚地反映出浅部反射波，当脉冲频率或滤波频率较低时，浅部缩径同相反射波丢失，在入射脉冲之后出现一较大的反向，深部扩径处反射波之前却出现较大的同相，这样，在分析时容易出错。对浅部有扩径深部有缩径现象的桩，当脉冲频率及滤波频率较高时，浅部 部扩径产生多次反射，相邻反射波相位相反呈振荡状，但当脉冲频率或滤波频率较低时，则入射脉冲之后出现一同相反射波，容易误判成缩径。
（3）垫层对低应变检测的影响
当桩头与垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，对测试信号会产生影响，故检测时最好将垫层与桩体切开。
（4）桩间距对检测的影响
当邻近桩与试桩问距大于2倍以上桩径时，邻桩对试桩检测影响较小。当邻桩与试桩问距只有5cm-10cm时，桩之间相互作用对检测影响较大，此时，在锤击脉冲之后会紧跟一个较大低频反相反射波，该反射波二次反射与锤击脉冲同相，不能认为同相信号是由缩径或夹泥、离析反射所致。
5 结束语
由于各地地质条件复杂，施工桩型较多，成桩质量千差万别，反射波法未必能对每根检测桩给出检测结果，因此，对于信号虽无异常反射，但并未测得桩底反射；实测波形无规律，无法用波动理论进行分析；由施工记录给出的桩长计算所得的桩身波速值明显偏高或偏低，且又缺乏可靠资料验证，无法准确获得桩身质量的全部信息，不应勉强提供被检测桩的桩身结构完整性资料。
[刘颖聪，1986年01月生，男，汉族，湖北省武汉市，大学本科，工程师，从事岩土工程相关工作。通讯地址：湖北省武汉市东西湖区金潭路3号，电话：17282539858，邮编：430040。]