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摘要：通过反射波法和声波透射法对比分析，讨论了反射波法和声波透射法检测桩身完整性存在的问题与处理方法，为更准确地判断桩身质量提供一些借鉴。
关键词：反射波法 声波透射法 桩身完整性 对比分析
1 前言
桩基具有承载力高、沉降量小、地层适应性强的优点，是建筑物常用的基础形式之一。但桩基础属隐蔽工程，受地质条件、施工工艺等诸多因素的影响，施工过程中可能会导致桩身出现缺陷。桩身缺陷的存在会改变基桩的正常工作性状，从而对基础产生潜在危险。因此，对基桩的桩身完整性进行检测显得至关重要。反射波法（低应变法）以其方便、快速、经济的特点而越来越多的应用于基桩质量检测中。然而我们发现在一些桩径较大、桩长较长的桩基工程中，采用反射波法检测桩身质量，不易对桩顶附近、桩身下部或接近桩底的缺陷作出判定，用声波透射法就能很好地解决此问题。
本文通过对某铁路客运专线桩长大于50米的50根桩，用反射波法和声波透射法两种方法进行检测对比试验，讨论影响桩身判定结果的一些因素，以便更准确地判定桩身的质量。
2场地岩土工程概况
检测地点位于陕西省关中东部。检测桩所在场地的地质情况大致为：自设计桩顶标高向下依次是黏质黄土、砂质黄土、细砂、中砂、粗砂、上更新统冲击粉质黏土。不同区域黏质黄土、砂质黄土具自重或非自重湿陷性。地表下20m以内饱和砂质黄土、粉土和粉、细砂、中砂属可液化土。
3 测试原理及方法
3.1声波透射法
声波透射法检测是基于混凝土声学检测技术，以人为激励的方式向介质（被测对象）发射一定频率的声波，在一定距离上接收经介质物理特性调制的声波（反射波、透射波或散射波），通过观测和分析声波在介质中传播时声学参数和波形的变化，对被测对象的缺陷、几何特征、组织结构及力学性质进行推断和表征。
声波透射法是通过在桩身预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的上下通道，在桩身混凝土强度至少达到设计强度的70％后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各横截面的声学参数（波的声时、波幅、频率及波形特征），然后对这些检测数据进行处理、分析和判断，确定桩身混凝土缺陷的位置、范围和程度，从而推断桩身混凝土的连续性、完整性和均匀性状况，评定桩身完整性等级。检测系统及步骤见图1。
3.2低应变反射波法
美国桩基动力公司生产的桩身完整性测试仪PIT采用低应变反射波法（瞬态激振法）来检测桩身完整性。其基于一维波动方程理论，当桩顶施加的竖向瞬态压缩波在桩身传播过程中，遇到桩身阻抗变化（如裂缝、缩径、夹泥、空洞等或桩底）时，就会产生早反射波（2L/C之前）信号（或桩底反射波信号）。根据接收到反射波的相位、到达时间和幅值判定缺陷的性质、位置及程度，并且在一定条件下可以测定基桩的桩长。
现场检测时，将桩头凿去浮浆，在桩顶安装加速度传感器，并用力棒锤击桩顶，桩顶受到瞬态脉冲作用后，在桩身产生压缩应力波，通过传感器采集应力波在桩身中的反射信号，储存在PIT采集器中，经传输到计算机中进行分析，从而得到桩身结构完整性的分析结果。
低应变反射波法检测系统及步骤见图2。
4对比测试结果
根据基桩声速～深度曲线、声幅～深度曲线、PSD判据～深度曲线及反射波时域曲线的分析，基桩完整性检测对比测试结果汇总表见表1。
5对比测试结果分析
①声波透射法判定的Ⅱ类桩91-5和91-6在设计标高下0.75m处的缺陷，低应变反射波法判定为Ⅰ类桩，这系反射波法在桩头附近存在测试‘盲区’所致，桩头附近下行波的信号掩盖了桩头附近的反射波，造成判读困难。对于大直径超长桩为了使信号到达桩底，一般采用的脉冲波波长较长，频率较低，能量衰减较慢。但脉冲波长较长（量级为米），桩顶浅部缺陷段的波动性状不明显（局部小缺陷）时，即跨过了缺陷，无法用一维波动理论的缺陷定位准则进行测定，即为反射波的‘盲区’。
②声波透射法判定的Ⅲ类桩17-1在设计标高下2.4～4.4m、47.1～50.1m处的缺陷，低应变反射波法判定为Ⅱ类桩。上部缺陷（2.4～4.4m）基本相对应，施工方现场开挖得到了验证，该处桩身呈缩径现象，声测管外露裹砂；下部缺陷反射波时域曲线上未有反映或反应非常轻微，可能缺陷较接近桩底，信号被桩底反射信号所掩盖。
6结语
低应变反射波法与声波透射法均是基桩质量检测的重要手段之一，其各有特点，是不可互相替代的。对大直径、超长基桩采用低应变反射波法进行桩身质量检测，对桩顶附近缺陷存在“盲区”，但对桩身上部缺陷和声波透射法一样都能给予判定、对桩身下部缺陷或接近桩底的缺陷则不能给出判定；对大直径、超长基桩采用声波透射法能有效地判定出桩顶至桩底的缺陷。
因此，低应变反射波法耗时少、费用低，操作简便，较适用于小直径桩、桩长较短、单个单一缺陷的基桩检测；声波透射法比反射波法更准确、更直观，但其操作相对复杂且前期需要进行准备工作，更适用于大直径桩、超长桩、全桩长全断面混凝土质量、多个或多种缺陷的基桩检测。
关键词：反射波法 声波透射法 桩身完整性 对比分析
1 前言
桩基具有承载力高、沉降量小、地层适应性强的优点，是建筑物常用的基础形式之一。但桩基础属隐蔽工程，受地质条件、施工工艺等诸多因素的影响，施工过程中可能会导致桩身出现缺陷。桩身缺陷的存在会改变基桩的正常工作性状，从而对基础产生潜在危险。因此，对基桩的桩身完整性进行检测显得至关重要。反射波法（低应变法）以其方便、快速、经济的特点而越来越多的应用于基桩质量检测中。然而我们发现在一些桩径较大、桩长较长的桩基工程中，采用反射波法检测桩身质量，不易对桩顶附近、桩身下部或接近桩底的缺陷作出判定，用声波透射法就能很好地解决此问题。
本文通过对某铁路客运专线桩长大于50米的50根桩，用反射波法和声波透射法两种方法进行检测对比试验，讨论影响桩身判定结果的一些因素，以便更准确地判定桩身的质量。
2场地岩土工程概况
检测地点位于陕西省关中东部。检测桩所在场地的地质情况大致为：自设计桩顶标高向下依次是黏质黄土、砂质黄土、细砂、中砂、粗砂、上更新统冲击粉质黏土。不同区域黏质黄土、砂质黄土具自重或非自重湿陷性。地表下20m以内饱和砂质黄土、粉土和粉、细砂、中砂属可液化土。
3 测试原理及方法
3.1声波透射法
声波透射法检测是基于混凝土声学检测技术，以人为激励的方式向介质（被测对象）发射一定频率的声波，在一定距离上接收经介质物理特性调制的声波（反射波、透射波或散射波），通过观测和分析声波在介质中传播时声学参数和波形的变化，对被测对象的缺陷、几何特征、组织结构及力学性质进行推断和表征。
声波透射法是通过在桩身预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的上下通道，在桩身混凝土强度至少达到设计强度的70％后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各横截面的声学参数（波的声时、波幅、频率及波形特征），然后对这些检测数据进行处理、分析和判断，确定桩身混凝土缺陷的位置、范围和程度，从而推断桩身混凝土的连续性、完整性和均匀性状况，评定桩身完整性等级。检测系统及步骤见图1。
3.2低应变反射波法
美国桩基动力公司生产的桩身完整性测试仪PIT采用低应变反射波法（瞬态激振法）来检测桩身完整性。其基于一维波动方程理论，当桩顶施加的竖向瞬态压缩波在桩身传播过程中，遇到桩身阻抗变化（如裂缝、缩径、夹泥、空洞等或桩底）时，就会产生早反射波（2L/C之前）信号（或桩底反射波信号）。根据接收到反射波的相位、到达时间和幅值判定缺陷的性质、位置及程度，并且在一定条件下可以测定基桩的桩长。
现场检测时，将桩头凿去浮浆，在桩顶安装加速度传感器，并用力棒锤击桩顶，桩顶受到瞬态脉冲作用后，在桩身产生压缩应力波，通过传感器采集应力波在桩身中的反射信号，储存在PIT采集器中，经传输到计算机中进行分析，从而得到桩身结构完整性的分析结果。
低应变反射波法检测系统及步骤见图2。
4对比测试结果
根据基桩声速～深度曲线、声幅～深度曲线、PSD判据～深度曲线及反射波时域曲线的分析，基桩完整性检测对比测试结果汇总表见表1。
5对比测试结果分析
①声波透射法判定的Ⅱ类桩91-5和91-6在设计标高下0.75m处的缺陷，低应变反射波法判定为Ⅰ类桩，这系反射波法在桩头附近存在测试‘盲区’所致，桩头附近下行波的信号掩盖了桩头附近的反射波，造成判读困难。对于大直径超长桩为了使信号到达桩底，一般采用的脉冲波波长较长，频率较低，能量衰减较慢。但脉冲波长较长（量级为米），桩顶浅部缺陷段的波动性状不明显（局部小缺陷）时，即跨过了缺陷，无法用一维波动理论的缺陷定位准则进行测定，即为反射波的‘盲区’。
②声波透射法判定的Ⅲ类桩17-1在设计标高下2.4～4.4m、47.1～50.1m处的缺陷，低应变反射波法判定为Ⅱ类桩。上部缺陷（2.4～4.4m）基本相对应，施工方现场开挖得到了验证，该处桩身呈缩径现象，声测管外露裹砂；下部缺陷反射波时域曲线上未有反映或反应非常轻微，可能缺陷较接近桩底，信号被桩底反射信号所掩盖。
6结语
低应变反射波法与声波透射法均是基桩质量检测的重要手段之一，其各有特点，是不可互相替代的。对大直径、超长基桩采用低应变反射波法进行桩身质量检测，对桩顶附近缺陷存在“盲区”，但对桩身上部缺陷和声波透射法一样都能给予判定、对桩身下部缺陷或接近桩底的缺陷则不能给出判定；对大直径、超长基桩采用声波透射法能有效地判定出桩顶至桩底的缺陷。
因此，低应变反射波法耗时少、费用低，操作简便，较适用于小直径桩、桩长较短、单个单一缺陷的基桩检测；声波透射法比反射波法更准确、更直观，但其操作相对复杂且前期需要进行准备工作，更适用于大直径桩、超长桩、全桩长全断面混凝土质量、多个或多种缺陷的基桩检测。