论文部分内容阅读
摘要：低应变反射波法具有野外数据采集快速、方便；测试资料分析简单、精确；费用低廉等优点，因此其被众多的检测单位所采纳与使用。本文对低应变反射波在检测桩基中的应用谈一些体会。
关键词：低应变反射波法检测桩基
随着国民经济的飞速发展，我国工程建设项目日益增多，工程桩的应用越来越普及，因此基桩质量的检测越来越重要。作为基桩完整性检测的常规手段，低应变反射波法在我国有多年的发展历史并已纳入国家的规范，由于此种方法具有野外数据采集快速、方便；测试资料分析简单、精确；费用低廉等优点，因此其被众多的检测单位所采纳与使用。本文对低应变反射波在检测桩基中的应用谈一些体会。
一、低应变反射波法的基本原理低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗Z变化界面时，将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。安装在桩顶上的传感器，将接收到来自桩身各个波阻抗Z变化界面处反射上来的信息，根据这些信息，可对桩身完整性质量进行分析判断。
二、低应变反射波法的特点
低应变反射法与传统的静载试验法相比，具有以下优点：
1、操作简单易行，测试设备轻便，成本低，不受作业条件限制，检测快速，单桩试验时间仅为静载试验的1／50左右；
2、检测数量多，不破坏桩基，获得的数据准确可靠，规律性好，判读明了简洁，便于对桩基工程进行普查。
3、费用低廉，单桩测试费约为静载试验的1／30左右，可节省静载试验锚桩、堆载、设备运输、吊装焊接等大量人力、物力。
三、工程实例1、基桩施工简况该场地为南宁市青秀区明发某住宅小区2栋桩基。整个场地经人工和机械平整较为平坦。该工程基桩施工是经静压机静压而成。成桩之后，开挖至标高，然后砍桩并清理干净，再进行测桩。 2、检测步骤（1）清理整平桩头。 （2）调试仪器，选择适当参数； （3）将加速度传感器垂直安放在桩头的平整部位。 （4）用小棰在桩头选择适当的能量激振。 （5）选取较为理想的波形曲线并存储。 （6）将数据传输至计算机，对记录曲线进行分析、计算，并评价桩身质量。
3、检测设备
本次检测使用TK-PDS型基桩动测仪，该仪器采用的加速度型传感器，横向灵敏度低，锤击到一个有效脉冲时，传感器会记录一个信号，数据传输到现场接收计算机进行储存。锤击力量太大太小或传感器安装不当都会影响脉冲信号。IT-SYSTEM型桩基检测仪发射的反射波可以检验桩身混凝土的完整性，推判桩基的缺陷类型和在桩身中的位置，对桩长进行校核，对桩身混凝土的强度等级进行估判。
4、检测要点
（1）桩头的处理。在现场信号采集工作中，桩头的处理是测试成功的第一关键，但在大多情况下，很多测试人员忽略了这一点。由于施工的原因，往往桩头部分有素混凝土（浮浆），有些测试人员忽略了对桩头的处理，直接就在素混凝土（浮浆）上进行测试，结果无论怎么改变传感器以及传感器的安装，无论怎么改变振源，测试信号都不理想，往往在测试信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲。一般情况下，桩头的处理以露出新鲜含骨料的混凝土面为止，而且要尽量平整、干净（桩头不要破碎、不要有杂物、不要有水）；这可以通过随身携带凿子以凿平安装点和锤击点或委托施工方在测试前帮忙进行桩头处理，这样有利于传感器的安装和力棒的锤击。
（2）传感器的安装。传感器的安装对现场信号的采集影响较大，理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大，传递特性越好，测试信号也越接近桩面的质点振动。
对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心2/3～3/4半径处；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。
（3）击振点及击振方式的选择。击振信号的强弱对现场信号的采集同样影响较大，对实心桩的测试，击振点位置应选择在桩的中心；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，击振点位置宜在桩壁厚的1/2处。
对长大桩测试一般应当用力棒或大铁球或击振，其重量大、能量大、脉冲宽、频率低、衰减小，适宜于桩底及深部缺陷的检测，桩底及深部缺陷的信号反射较强烈。但由此很容易代来浅层缺陷和微小缺陷的误判和漏判。当根据信号发现浅层部位异常时，建议用小钉锤或钢筋进行击振，因其重量小、能量小、脉冲窄、频率高，可较准确的确定浅层缺陷的程度和位置。
（4）传感器的影响。目前大多数测试人员在对基桩进行低应变反射波法测试时选用速度或加速度传感器。其中速度计在低频段的幅频特性和相频特性较差，在信号采集过程中，因击振激发其安装谐振频率，而产生寄生振荡，容易采集到具有振荡的波形曲线，对浅层缺陷反应不是很明显。同速度计相比，加速度计无论是在频响特性还是输出特性方面均具有巨大優势，并且它还具有高灵敏度的优点，因此用高灵敏度加速度计测试所采集到的波形曲线，没有振荡，缺陷反应明显。所以我个人建议在对基桩进行低应变反射波法测试时选用高灵敏度加速度计检测。
（5）桩周土层的影响。在对基桩进行低应变反射波法测试时，要充分考虑到桩周土层对所采集波形曲线的影响。检测人员往往只注意到桩身波阻抗变化造成的信号反射，而忽略了应力波在桩身中传播时，不仅受到桩身材料、刚度及缺陷的影响，还受到桩周土层的土模量大小的影响。当桩周土从软土层变化到硬土层时，采集的波形曲线会在相应位置处产生类似扩径的反射波，而当桩周土从硬土层变化到软土层时，采集的波形曲线会在相应位置处产生类似缩径的反射波。如果不考虑桩周土对采集波形曲线的影响，不了解桩侧的地质情况，容易对基桩产生误判。
（6）波形指数放大的优缺点。在现场信号采集过程中，桩底反射信号不明显的情况经常发生，这时指数放大是非常有用的一种功能，它可以确保在桩头信号不削波的情况下，使桩底部信号得以清晰地显现出来。但有些测试人员认为它使波形失真，过分突出了桩深部的缺陷，这种观点有一定的道理，过分的指数放大甚至有可能人为地造出一个桩底反射。但是如果结合原始波形，适当地对波形进行指数放大，作为显示深部缺陷和桩底的一种手段，它还是一种非常有用的功能。
（7）滤波的影响。滤波是波形分析处理的重要手段之一，是对采集的原始信号进行加工处理，它是为了将测试信号中无用的或次要成分的波滤除掉，使波形更容易分析判断，在实际工作中，多采用低通滤波，而低通滤波频率上限的选择尤为重要，选择过低，容易掩盖浅层缺陷，选择过高，起不到滤波的作用。
四、缺陷桩的判断
钻孔灌注桩存在的缺陷按其性质可分为两类，一类是外部形状较完整，混凝土的密度及反射波发生变化，即混凝土的弹性模量发生变化；另一类是桩身混凝土较均匀，桩身断面发生变化。在桩基检测中按桩基缺陷程度一般分为四类：
一类桩桩身结构完整，桩径均匀，混凝土密实，反射波波形规整，上下幅值对称，符合自由振动指数衰减规律。频谱曲线规则，主峰突出明显，频峰幅值是按一定规律衰减。
二类桩桩身基本完整，桩径略有变化（轻度缩径），反射波波形欠规整，上下幅值基本对称，近于自由振动衰减规律。频谱曲线基本规则，主峰较突出而明显，频峰幅值衰减虽有变化，但其他频峰与主峰幅值相比较小。
三类桩桩身完整性差，桩身局部断裂，严重缩径或混凝土严重离析，反射波波形不规整，上下幅值不对称，波形曲线不按自由振动衰减。频谱曲线出现双峰或多峰形，频峰幅值不按规律衰减，主峰之后频峰偏高，其峰值比大于0.65以上。
四类桩桩身完整性极差，判断为短桩、断桩，反射波波形极不规整，上下幅值极不对称，波形紊乱，不符合自由振动衰减规律，频谱曲线出现双峰或多峰。频谱曲线主峰不突出，其他频峰不按规律衰减，而峰值有时与主峰相近，有时高于主峰。
五、结束语
应用基桩低应变动力检测法检测桩基础的成桩质量简变、快捷可以在较短的时间内完成大量而且复杂的的工作，是微波电子检测技术与电子计算机技术在土建工程实际应用取得良好效果的又一典范。值得在日后工程大力推广应用。
参考文献：
[1]潘燕玲.桩基检测中低应变动测的应用分析[J].勘察、测绘与测试技术，2007(11) [2]余继宝.低应变反射波测桩技术的应用[J].检测试验与测量，2007(01)[3]刘兴录.桩基工程与动测技术200问[M].北京:中国建筑工业出版社，2000.[4]建筑基桩检测技术规范.行业标准，JGJ106-2003[S].北京:中国建筑工业出版社，2000.
关键词：低应变反射波法检测桩基
随着国民经济的飞速发展，我国工程建设项目日益增多，工程桩的应用越来越普及，因此基桩质量的检测越来越重要。作为基桩完整性检测的常规手段，低应变反射波法在我国有多年的发展历史并已纳入国家的规范，由于此种方法具有野外数据采集快速、方便；测试资料分析简单、精确；费用低廉等优点，因此其被众多的检测单位所采纳与使用。本文对低应变反射波在检测桩基中的应用谈一些体会。
一、低应变反射波法的基本原理低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播，当桩身存在明显的波阻抗Z变化界面时，将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z变化决定。安装在桩顶上的传感器，将接收到来自桩身各个波阻抗Z变化界面处反射上来的信息，根据这些信息，可对桩身完整性质量进行分析判断。
二、低应变反射波法的特点
低应变反射法与传统的静载试验法相比，具有以下优点：
1、操作简单易行，测试设备轻便，成本低，不受作业条件限制，检测快速，单桩试验时间仅为静载试验的1／50左右；
2、检测数量多，不破坏桩基，获得的数据准确可靠，规律性好，判读明了简洁，便于对桩基工程进行普查。
3、费用低廉，单桩测试费约为静载试验的1／30左右，可节省静载试验锚桩、堆载、设备运输、吊装焊接等大量人力、物力。
三、工程实例1、基桩施工简况该场地为南宁市青秀区明发某住宅小区2栋桩基。整个场地经人工和机械平整较为平坦。该工程基桩施工是经静压机静压而成。成桩之后，开挖至标高，然后砍桩并清理干净，再进行测桩。 2、检测步骤（1）清理整平桩头。 （2）调试仪器，选择适当参数； （3）将加速度传感器垂直安放在桩头的平整部位。 （4）用小棰在桩头选择适当的能量激振。 （5）选取较为理想的波形曲线并存储。 （6）将数据传输至计算机，对记录曲线进行分析、计算，并评价桩身质量。
3、检测设备
本次检测使用TK-PDS型基桩动测仪，该仪器采用的加速度型传感器，横向灵敏度低，锤击到一个有效脉冲时，传感器会记录一个信号，数据传输到现场接收计算机进行储存。锤击力量太大太小或传感器安装不当都会影响脉冲信号。IT-SYSTEM型桩基检测仪发射的反射波可以检验桩身混凝土的完整性，推判桩基的缺陷类型和在桩身中的位置，对桩长进行校核，对桩身混凝土的强度等级进行估判。
4、检测要点
（1）桩头的处理。在现场信号采集工作中，桩头的处理是测试成功的第一关键，但在大多情况下，很多测试人员忽略了这一点。由于施工的原因，往往桩头部分有素混凝土（浮浆），有些测试人员忽略了对桩头的处理，直接就在素混凝土（浮浆）上进行测试，结果无论怎么改变传感器以及传感器的安装，无论怎么改变振源，测试信号都不理想，往往在测试信号的浅层部位存在较严重的反向脉冲。一般情况下，桩头的处理以露出新鲜含骨料的混凝土面为止，而且要尽量平整、干净（桩头不要破碎、不要有杂物、不要有水）；这可以通过随身携带凿子以凿平安装点和锤击点或委托施工方在测试前帮忙进行桩头处理，这样有利于传感器的安装和力棒的锤击。
（2）传感器的安装。传感器的安装对现场信号的采集影响较大，理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大，传递特性越好，测试信号也越接近桩面的质点振动。
对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心2/3～3/4半径处；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。
（3）击振点及击振方式的选择。击振信号的强弱对现场信号的采集同样影响较大，对实心桩的测试，击振点位置应选择在桩的中心；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，击振点位置宜在桩壁厚的1/2处。
对长大桩测试一般应当用力棒或大铁球或击振，其重量大、能量大、脉冲宽、频率低、衰减小，适宜于桩底及深部缺陷的检测，桩底及深部缺陷的信号反射较强烈。但由此很容易代来浅层缺陷和微小缺陷的误判和漏判。当根据信号发现浅层部位异常时，建议用小钉锤或钢筋进行击振，因其重量小、能量小、脉冲窄、频率高，可较准确的确定浅层缺陷的程度和位置。
（4）传感器的影响。目前大多数测试人员在对基桩进行低应变反射波法测试时选用速度或加速度传感器。其中速度计在低频段的幅频特性和相频特性较差，在信号采集过程中，因击振激发其安装谐振频率，而产生寄生振荡，容易采集到具有振荡的波形曲线，对浅层缺陷反应不是很明显。同速度计相比，加速度计无论是在频响特性还是输出特性方面均具有巨大優势，并且它还具有高灵敏度的优点，因此用高灵敏度加速度计测试所采集到的波形曲线，没有振荡，缺陷反应明显。所以我个人建议在对基桩进行低应变反射波法测试时选用高灵敏度加速度计检测。
（5）桩周土层的影响。在对基桩进行低应变反射波法测试时，要充分考虑到桩周土层对所采集波形曲线的影响。检测人员往往只注意到桩身波阻抗变化造成的信号反射，而忽略了应力波在桩身中传播时，不仅受到桩身材料、刚度及缺陷的影响，还受到桩周土层的土模量大小的影响。当桩周土从软土层变化到硬土层时，采集的波形曲线会在相应位置处产生类似扩径的反射波，而当桩周土从硬土层变化到软土层时，采集的波形曲线会在相应位置处产生类似缩径的反射波。如果不考虑桩周土对采集波形曲线的影响，不了解桩侧的地质情况，容易对基桩产生误判。
（6）波形指数放大的优缺点。在现场信号采集过程中，桩底反射信号不明显的情况经常发生，这时指数放大是非常有用的一种功能，它可以确保在桩头信号不削波的情况下，使桩底部信号得以清晰地显现出来。但有些测试人员认为它使波形失真，过分突出了桩深部的缺陷，这种观点有一定的道理，过分的指数放大甚至有可能人为地造出一个桩底反射。但是如果结合原始波形，适当地对波形进行指数放大，作为显示深部缺陷和桩底的一种手段，它还是一种非常有用的功能。
（7）滤波的影响。滤波是波形分析处理的重要手段之一，是对采集的原始信号进行加工处理，它是为了将测试信号中无用的或次要成分的波滤除掉，使波形更容易分析判断，在实际工作中，多采用低通滤波，而低通滤波频率上限的选择尤为重要，选择过低，容易掩盖浅层缺陷，选择过高，起不到滤波的作用。
四、缺陷桩的判断
钻孔灌注桩存在的缺陷按其性质可分为两类，一类是外部形状较完整，混凝土的密度及反射波发生变化，即混凝土的弹性模量发生变化；另一类是桩身混凝土较均匀，桩身断面发生变化。在桩基检测中按桩基缺陷程度一般分为四类：
一类桩桩身结构完整，桩径均匀，混凝土密实，反射波波形规整，上下幅值对称，符合自由振动指数衰减规律。频谱曲线规则，主峰突出明显，频峰幅值是按一定规律衰减。
二类桩桩身基本完整，桩径略有变化（轻度缩径），反射波波形欠规整，上下幅值基本对称，近于自由振动衰减规律。频谱曲线基本规则，主峰较突出而明显，频峰幅值衰减虽有变化，但其他频峰与主峰幅值相比较小。
三类桩桩身完整性差，桩身局部断裂，严重缩径或混凝土严重离析，反射波波形不规整，上下幅值不对称，波形曲线不按自由振动衰减。频谱曲线出现双峰或多峰形，频峰幅值不按规律衰减，主峰之后频峰偏高，其峰值比大于0.65以上。
四类桩桩身完整性极差，判断为短桩、断桩，反射波波形极不规整，上下幅值极不对称，波形紊乱，不符合自由振动衰减规律，频谱曲线出现双峰或多峰。频谱曲线主峰不突出，其他频峰不按规律衰减，而峰值有时与主峰相近，有时高于主峰。
五、结束语
应用基桩低应变动力检测法检测桩基础的成桩质量简变、快捷可以在较短的时间内完成大量而且复杂的的工作，是微波电子检测技术与电子计算机技术在土建工程实际应用取得良好效果的又一典范。值得在日后工程大力推广应用。
参考文献：
[1]潘燕玲.桩基检测中低应变动测的应用分析[J].勘察、测绘与测试技术，2007(11) [2]余继宝.低应变反射波测桩技术的应用[J].检测试验与测量，2007(01)[3]刘兴录.桩基工程与动测技术200问[M].北京:中国建筑工业出版社，2000.[4]建筑基桩检测技术规范.行业标准，JGJ106-2003[S].北京:中国建筑工业出版社，2000.