低应变反射波法与声波透射法在桩基检测中的联
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时间：2017-12-26
1 概述
随着国家经济和社会的发展，各种大型建筑都修建起来，由于场地的表层土质不足以承载拟建物，桩基工程是必不可少的组成部分。由于施工过程中施工质量，施工工艺，地质条件等因素的影响，桩身质量也受到影响。低应变反射波与声波透射是桩基检测中最常用的两种检测方法。对于桩身质量评价有重要作用。本文主要综合低应变反射波法与声波透射法对桩身质量检测作出介绍，并通过工程实例进行分析与探讨。
2 低应变反射波法与声波透射法原理
低应变反射波法是建立在波动理论基础上，将桩假设为一维弹性连续杆。在桩顶向下激发低能量的弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身内存在明显波阻抗差异界面（如桩底分界面、扩径、缩径、断裂、离析等），将产生反射波，经接收、放大、滤波和资料处理即得到来自桩身不同部位的反射信号[3]。根据桩底信号，计算桩身应力反射波速，判断桩身完整性及其缺陷类型及部位。
（1）
数学式为：
（2）
式中：vp，桩身混凝土的波速（m/s）；L，桩身全长（m）；tr，桩底反射波的到达时间（s）；tr'，桩身缺陷部位反射波的到达时间（s）；vpm， 同一工地内多根已测合格桩桩身纵波速度的平均值（m/s）；L'，桩身缺陷的深度（m）。
声波透射法检测的工作原理，是在被测的混凝土灌注桩内预埋若干根竖直平行的钢管作为声波检测管，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声測管中 ，管中注满清水作为耦合剂，换能器将发射来得电信号转换为脉冲声波信号，穿过桩身，并经过接收换能器被仪器接收为电信号。声波穿过桩，由于混凝土的密实分布，缺陷情况的不同，声波在传播过程中会有不同衰减、透射，反射的情况，接收到首波声时、波幅、频率等声学参数也会发生相应的变化[4]。所以可根据透射接收到的声波推测判断桩身内部混凝土结构情况。
3 工程实例
3.1 工程概况
本工程位于成都市，某办公大楼修建项目，场地地势开阔，地形起伏较大，地层情况为，杂填土，粘土，全风化砂质泥岩，强风化砂质泥岩，中风化砂质泥岩。
3.1.1 桩基施工简介
本次采用钻孔灌注桩，桩身砼强度C30，总桩数115根，平均桩长14.36m，桩径分别有800mm、1000mm，桩端持力层为中风化砂质泥岩。
3.1.2 检测方案及仪器
本次检测首先对40根工程桩进行声波透射法检测，随后对所有的工程桩进行低应变反射波法检测，最后结合两种检测方案，对该批灌注桩质量进行评价。所使用的主要仪器是上海锐欣LPT-E动测仪、武汉中岩RSM-SY7超声波仪。
3.2 现场检测
3.2.1 低应变检测
在低应变检测时，首先要清理出平整的桩头，调整仪器设置相关参数，可选用黄油作为加速度传感器与庄痛殴平整部位的耦合剂，用力锤在桩头激发能量脉冲，可多次激发，以便选取较为理想的曲线保存，最后对采取的数据进行分析、计算并评价桩身质量。
3.2.2 声波检测
在声波检测时，先在声测管中注满清水作为耦合剂，再检查声测管的畅通情况，测量声测管的内径、外径及各声测管之间的距离，将北面的声测管记为1号声测管，顺时针方向依次为2号，3号声测管，再将换能器置入声测管中缓慢沉入桩底，尽量避免周围的噪声影响，然后在仪器上设置好相关参数后，将换能器匀速提升，开始采集数据，最后对所采集的数据进行分析、计算并评价桩身质量。
3.2.3 检测结果
对采集的低应变数据与声波数据，进行相应的去噪处理、及适当的增益后，进行分析推断。下图1所示为96号桩的低应变反射曲线，该桩砼强度为C30，桩长14.0m，与设计桩长相符，平均纵波波速为39278m/s，观测波形完整，桩底有少量沉渣，为完整嵌岩桩，是Ⅰ类桩。
图1 96#桩低应变反射曲线
下图2、图4分别是23#桩的低应变反射波曲线与声波透射曲线，该桩砼强度为C30，桩长10.0m，平均纵波波速为3659m/s，观测低应变反射波波形，约在1.8m左右波形反向，推测出现轻微扩径并且逐渐回缩，约在7.3m附近出现同向波形，后续子波频率较低，波速偏小，桩底不明显，推断在6.8m-7.8m之间存在离析缺陷。从声波曲线图上可以看出在1.8m附近对低应变推测的扩径现象没有反应。在6.5m-8m之间出现波速、振幅都小于极限值，psd值也出现异常，结合低应变的检测结果，可以推断此处为离析或者断裂的部位。综合评价23#桩为III类桩。经取芯结果表明，在6.5m-8.1m之间粗细骨料分离，离析严重。
图2 23#桩低应变反射曲线
图3 23#桩处理后的低应变反射曲线
3.2.4 处理方案
经综合决定，采用高压灌浆补强的方法对离析桩进行处理。图3为灌浆处理后23#桩的低应变反射波曲线，与处理前的曲线相比，灌浆处理效果明显，6.5m-8m之间的离析现象得到了较好地处理。最后进行单桩竖向抗压静载试验，结果表明该桩的承载力符合设计值要求。
4 结束语
（1）低应变反射波法
简便快速经济，方便大规模检测，声波透射方法比较直观可靠，适合科学性的抽样检测。
（2）可根据声测管的
长度确定桩长，进而提供低应变反射波速的计算依据。
（3）声波检测对桩的扩径、缩颈反应不明显，可结合低应变反射波法相互验证检测。
（4）对于断桩，缩颈、离析、空洞、夹泥低应变反射波法常常具有多解性，因此需要结合地质情况、施工工艺、声波检测、取芯以及灌注桩的原始施工记录等多方法来进行综合分析解释。
参考文献：
[1]宋冠樟，王宝勋，胡朝彬.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].建筑知识，2017（15）.
[2]钟会生，郭大兵.声波透射法检测桩身质量的技术探讨[J].土工基础，2001（15）.
[3]陈辉，董承全，等.低应变法检测中几种典型缺陷桩[J].工程地球物理学报，2012（9）.
[4]王昌达，季鹏，张仕洲，等.声波透射法检测基桩完整性的影响因素[J].现代交通技术，2008（05）.
随着国家经济和社会的发展，各种大型建筑都修建起来，由于场地的表层土质不足以承载拟建物，桩基工程是必不可少的组成部分。由于施工过程中施工质量，施工工艺，地质条件等因素的影响，桩身质量也受到影响。低应变反射波与声波透射是桩基检测中最常用的两种检测方法。对于桩身质量评价有重要作用。本文主要综合低应变反射波法与声波透射法对桩身质量检测作出介绍，并通过工程实例进行分析与探讨。
2 低应变反射波法与声波透射法原理
低应变反射波法是建立在波动理论基础上，将桩假设为一维弹性连续杆。在桩顶向下激发低能量的弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身内存在明显波阻抗差异界面（如桩底分界面、扩径、缩径、断裂、离析等），将产生反射波，经接收、放大、滤波和资料处理即得到来自桩身不同部位的反射信号[3]。根据桩底信号，计算桩身应力反射波速，判断桩身完整性及其缺陷类型及部位。
（1）
数学式为：
（2）
式中：vp，桩身混凝土的波速（m/s）；L，桩身全长（m）；tr，桩底反射波的到达时间（s）；tr'，桩身缺陷部位反射波的到达时间（s）；vpm， 同一工地内多根已测合格桩桩身纵波速度的平均值（m/s）；L'，桩身缺陷的深度（m）。
声波透射法检测的工作原理，是在被测的混凝土灌注桩内预埋若干根竖直平行的钢管作为声波检测管，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声測管中 ，管中注满清水作为耦合剂，换能器将发射来得电信号转换为脉冲声波信号，穿过桩身，并经过接收换能器被仪器接收为电信号。声波穿过桩，由于混凝土的密实分布，缺陷情况的不同，声波在传播过程中会有不同衰减、透射，反射的情况，接收到首波声时、波幅、频率等声学参数也会发生相应的变化[4]。所以可根据透射接收到的声波推测判断桩身内部混凝土结构情况。
3 工程实例
3.1 工程概况
本工程位于成都市，某办公大楼修建项目，场地地势开阔，地形起伏较大，地层情况为，杂填土，粘土，全风化砂质泥岩，强风化砂质泥岩，中风化砂质泥岩。
3.1.1 桩基施工简介
本次采用钻孔灌注桩，桩身砼强度C30，总桩数115根，平均桩长14.36m，桩径分别有800mm、1000mm，桩端持力层为中风化砂质泥岩。
3.1.2 检测方案及仪器
本次检测首先对40根工程桩进行声波透射法检测，随后对所有的工程桩进行低应变反射波法检测，最后结合两种检测方案，对该批灌注桩质量进行评价。所使用的主要仪器是上海锐欣LPT-E动测仪、武汉中岩RSM-SY7超声波仪。
3.2 现场检测
3.2.1 低应变检测
在低应变检测时，首先要清理出平整的桩头，调整仪器设置相关参数，可选用黄油作为加速度传感器与庄痛殴平整部位的耦合剂，用力锤在桩头激发能量脉冲，可多次激发，以便选取较为理想的曲线保存，最后对采取的数据进行分析、计算并评价桩身质量。
3.2.2 声波检测
在声波检测时，先在声测管中注满清水作为耦合剂，再检查声测管的畅通情况，测量声测管的内径、外径及各声测管之间的距离，将北面的声测管记为1号声测管，顺时针方向依次为2号，3号声测管，再将换能器置入声测管中缓慢沉入桩底，尽量避免周围的噪声影响，然后在仪器上设置好相关参数后，将换能器匀速提升，开始采集数据，最后对所采集的数据进行分析、计算并评价桩身质量。
3.2.3 检测结果
对采集的低应变数据与声波数据，进行相应的去噪处理、及适当的增益后，进行分析推断。下图1所示为96号桩的低应变反射曲线，该桩砼强度为C30，桩长14.0m，与设计桩长相符，平均纵波波速为39278m/s，观测波形完整，桩底有少量沉渣，为完整嵌岩桩，是Ⅰ类桩。
图1 96#桩低应变反射曲线
下图2、图4分别是23#桩的低应变反射波曲线与声波透射曲线，该桩砼强度为C30，桩长10.0m，平均纵波波速为3659m/s，观测低应变反射波波形，约在1.8m左右波形反向，推测出现轻微扩径并且逐渐回缩，约在7.3m附近出现同向波形，后续子波频率较低，波速偏小，桩底不明显，推断在6.8m-7.8m之间存在离析缺陷。从声波曲线图上可以看出在1.8m附近对低应变推测的扩径现象没有反应。在6.5m-8m之间出现波速、振幅都小于极限值，psd值也出现异常，结合低应变的检测结果，可以推断此处为离析或者断裂的部位。综合评价23#桩为III类桩。经取芯结果表明，在6.5m-8.1m之间粗细骨料分离，离析严重。
图2 23#桩低应变反射曲线
图3 23#桩处理后的低应变反射曲线
3.2.4 处理方案
经综合决定，采用高压灌浆补强的方法对离析桩进行处理。图3为灌浆处理后23#桩的低应变反射波曲线，与处理前的曲线相比，灌浆处理效果明显，6.5m-8m之间的离析现象得到了较好地处理。最后进行单桩竖向抗压静载试验，结果表明该桩的承载力符合设计值要求。
4 结束语
（1）低应变反射波法
简便快速经济，方便大规模检测，声波透射方法比较直观可靠，适合科学性的抽样检测。
（2）可根据声测管的
长度确定桩长，进而提供低应变反射波速的计算依据。
（3）声波检测对桩的扩径、缩颈反应不明显，可结合低应变反射波法相互验证检测。
（4）对于断桩，缩颈、离析、空洞、夹泥低应变反射波法常常具有多解性，因此需要结合地质情况、施工工艺、声波检测、取芯以及灌注桩的原始施工记录等多方法来进行综合分析解释。
参考文献：
[1]宋冠樟，王宝勋，胡朝彬.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].建筑知识，2017（15）.
[2]钟会生，郭大兵.声波透射法检测桩身质量的技术探讨[J].土工基础，2001（15）.
[3]陈辉，董承全，等.低应变法检测中几种典型缺陷桩[J].工程地球物理学报，2012（9）.
[4]王昌达，季鹏，张仕洲，等.声波透射法检测基桩完整性的影响因素[J].现代交通技术，2008（05）.
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