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摘要：本文将根据低应变反射波法测桩工作原理，结合某工程建设中的现场检测实例，对嵌岩桩的桩基低应变反射波法适用性进行探讨。
关键词：低应变反射波法原理、嵌岩桩、波形分析、完整性
1.引言
随着近几年基础建设的迅速发展，大直径嵌岩灌注桩因承载力高、施工噪声小等优点，而被广泛应用于高层建筑、桥梁基础等。它通常是由人工开挖或钻机成孔后在地下或水下灌注成桩。其质量受施工工艺、地层、尤其是混凝土灌注工序等多种因素的影响而难以控制。不同工地或多或少都有一些桩存在着质量问题。为确保上部结构的安全使用，在进行下一道工序之前，必须对桩的混凝土质量及完整性进行检测和评价。低应变无损测桩方法具有测试成本低、检测速度快、适用性强等优点，在桩基检测中得到较为普遍的应用。本文将根据低应变反射波法测桩工作原理，结合某工程建设中的现场检测实例，对嵌岩桩的桩基低应变反射波法适用性进行探讨，并对波形判读中的有关问题进行分析，为实际桩基质量检测提供参考。
2.低应变反射波法检测理论
应力波反射法是目前使用較广泛的低应变力检测方。其基本原理是一维杆件的波动论，由于一般桩长都远大于桩径，把桩看成一根有约束的一维杆件，认为桩的振动模型是一维直杆的纵向振动或弹性振动[1]。波在等截面杆件的一维波动方程为：
∂2u∕∂t2 —vp2·∂2u∕∂2x＝0
u—为桩体质点轴向位移；
vp—应力波速vp＝（E∕ρ）1/2E—桩身材料弹性模量；
ρ—桩身材料密度 ；
通过解二阶拟线性偏微分方程，可得波动方程的特征线解，导出以下变界面处入射、反射及透射波规律：
σr ＝F·σi ;
Vr ＝F·Vi ;
σt =T·σi ；
Vt ＝n·T·Vi;
图1
根据F、n的不同，时域信号将有不同相位，不同程度信号的叠加，由积分变换后的速度曲线根据应力波透射与反射原理从而对桩身完整性作出定性分析。这一特征可以非常通俗地描述为；在桩扩径部位，反射波波形相位同初始相位相反；在桩缩径或离析等缺陷部位，则反射波相位同初始相位相同，这两点是判断缺陷的基本依据。
3.反射波法检测嵌岩灌注桩的特殊性
反射波法检测嵌岩灌注桩需要进行综合分析，应着重考虑以下几个方面。
(1)低应变反射波法检测桩基完整性是建立在桩基满足一维弹性杆件假设条件的基础之上的检测手段，但对部分公路桥梁及高层建筑嵌岩桩基嵌岩段较长的情况，桩基嵌岩段与基岩衔接较好或基本连成一体，由于桩周岩石的波阻抗与桩身的波阻抗差异不大，桩的嵌岩段部分已经很难满足检测将桩近似作为一维弹性杆件的要求，对桩基嵌岩段检
测结果的判断会有很大影响。且由于岩石的波阻抗与桩身的波阻抗差异不大，在许多情况下，波形曲线上难以看到明显的桩底反射，用没有桩底反射或桩底反射不明显的波形曲线分析桩身质量是很困难的。
(2)嵌岩段桩周岩石的侧阻尼较大，将削弱或完全抵消该段内桩本身缺陷产生的反射信号，甚至可能在波形曲线上看不到缺陷反映。
(3)穿过覆盖层的桩身段，一般情况下,要使用混凝土护壁，由于土层性质的差异，常使护壁厚度沿桩轴向变化较大，间接造成桩身截面的复杂，使波形曲线变得复杂，难以判识缺陷产生的反射。由于土层性质的差异，常使护壁沿桩轴向与土层胶结的紧密程度有较大差异,，有的地段如孔壁坍塌还造成护壁与土层不接触，这些情况都将影响波形曲线，使其变得复杂化，从而在波形曲线上不易判识缺陷。
(4)嵌岩桩桩基的桩径一般较大，而有时桩长较短，桩的长径比满足不了检测将桩近似作为一维弹性杆件的要求。在缺陷上方或缺陷附近出现扩径现象时，由于两者接收信号产生方向相反的相位，使得从波形上不能正确地判断桩基的完整性。
4.检测实例
某桩基工程建设场地位于闪长岩和灰岩侵入体接触地带，场区岩溶发育，岩土空间分布复杂。桩底持力层为层中风化灰岩，建筑场区勘探深度内，自桩顶至桩底地基自上而下分布为：层碎石：灰黄色，稍密、稍湿，灰岩质碎石，含量60%，充填硬塑粉质粘土。层全、强、中风化闪长岩闪长岩风化不均匀，全风化、强风化和中风化交叉出现，地层软硬相间。层溶蚀带灰岩灰白色，层状结构，溶孔发育严重，局部呈蜂窝状，岩心呈碎块状，少量短柱状。层中风化灰岩青灰~灰白色，层状结构，岩心短柱、柱状。
该工程浇筑完成后，采用低应变反射波法及超声波法对该桩进行质量检测。所得波形如下图：
14#桩距桩顶15m存在较明显的同向反射波，未见桩底反射，故判定桩身在左右存在较明显缺陷Ⅲ类桩。通过超声检测该桩在14-15m之间个别测点的声学参数出现异常，可判定为Ⅱ类桩，不会影响桩身结构承载力的正常发挥。
158#桩距桩顶9m存在反向反射波，随后又有一同向反射波，该桩先扩后缩，故判定桩为Ⅰ类桩。通过超声检测该桩各项声学参数均正常，可判定为Ⅰ类桩。
5.结论
桩基检测试验是评价桩基质量的重要手段，每种检测试验方法各有特点，能侧重解决一个方面的问题。嵌岩桩由于桩身本身的特点及围岩的影响，检测条件不符合低应变反射波法检测桩基中将桩作为一维弹性杆件的假设条件，使得实测波形不能完全反映桩身的实际情况。因此对特殊地质和施工条件下嵌岩桩的检测应慎重处理，桩基进行常规的低应变反射波法检测的同时，建议采用其它检测方法，如埋管超声检测法和取芯法。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：低应变反射波法原理、嵌岩桩、波形分析、完整性
1.引言
随着近几年基础建设的迅速发展，大直径嵌岩灌注桩因承载力高、施工噪声小等优点，而被广泛应用于高层建筑、桥梁基础等。它通常是由人工开挖或钻机成孔后在地下或水下灌注成桩。其质量受施工工艺、地层、尤其是混凝土灌注工序等多种因素的影响而难以控制。不同工地或多或少都有一些桩存在着质量问题。为确保上部结构的安全使用，在进行下一道工序之前，必须对桩的混凝土质量及完整性进行检测和评价。低应变无损测桩方法具有测试成本低、检测速度快、适用性强等优点，在桩基检测中得到较为普遍的应用。本文将根据低应变反射波法测桩工作原理，结合某工程建设中的现场检测实例，对嵌岩桩的桩基低应变反射波法适用性进行探讨，并对波形判读中的有关问题进行分析，为实际桩基质量检测提供参考。
2.低应变反射波法检测理论
应力波反射法是目前使用較广泛的低应变力检测方。其基本原理是一维杆件的波动论，由于一般桩长都远大于桩径，把桩看成一根有约束的一维杆件，认为桩的振动模型是一维直杆的纵向振动或弹性振动[1]。波在等截面杆件的一维波动方程为：
∂2u∕∂t2 —vp2·∂2u∕∂2x＝0
u—为桩体质点轴向位移；
vp—应力波速vp＝（E∕ρ）1/2E—桩身材料弹性模量；
ρ—桩身材料密度 ；
通过解二阶拟线性偏微分方程，可得波动方程的特征线解，导出以下变界面处入射、反射及透射波规律：
σr ＝F·σi ;
Vr ＝F·Vi ;
σt =T·σi ；
Vt ＝n·T·Vi;
图1
根据F、n的不同，时域信号将有不同相位，不同程度信号的叠加，由积分变换后的速度曲线根据应力波透射与反射原理从而对桩身完整性作出定性分析。这一特征可以非常通俗地描述为；在桩扩径部位，反射波波形相位同初始相位相反；在桩缩径或离析等缺陷部位，则反射波相位同初始相位相同，这两点是判断缺陷的基本依据。
3.反射波法检测嵌岩灌注桩的特殊性
反射波法检测嵌岩灌注桩需要进行综合分析，应着重考虑以下几个方面。
(1)低应变反射波法检测桩基完整性是建立在桩基满足一维弹性杆件假设条件的基础之上的检测手段，但对部分公路桥梁及高层建筑嵌岩桩基嵌岩段较长的情况，桩基嵌岩段与基岩衔接较好或基本连成一体，由于桩周岩石的波阻抗与桩身的波阻抗差异不大，桩的嵌岩段部分已经很难满足检测将桩近似作为一维弹性杆件的要求，对桩基嵌岩段检
测结果的判断会有很大影响。且由于岩石的波阻抗与桩身的波阻抗差异不大，在许多情况下，波形曲线上难以看到明显的桩底反射，用没有桩底反射或桩底反射不明显的波形曲线分析桩身质量是很困难的。
(2)嵌岩段桩周岩石的侧阻尼较大，将削弱或完全抵消该段内桩本身缺陷产生的反射信号，甚至可能在波形曲线上看不到缺陷反映。
(3)穿过覆盖层的桩身段，一般情况下,要使用混凝土护壁，由于土层性质的差异，常使护壁厚度沿桩轴向变化较大，间接造成桩身截面的复杂，使波形曲线变得复杂，难以判识缺陷产生的反射。由于土层性质的差异，常使护壁沿桩轴向与土层胶结的紧密程度有较大差异,，有的地段如孔壁坍塌还造成护壁与土层不接触，这些情况都将影响波形曲线，使其变得复杂化，从而在波形曲线上不易判识缺陷。
(4)嵌岩桩桩基的桩径一般较大，而有时桩长较短，桩的长径比满足不了检测将桩近似作为一维弹性杆件的要求。在缺陷上方或缺陷附近出现扩径现象时，由于两者接收信号产生方向相反的相位，使得从波形上不能正确地判断桩基的完整性。
4.检测实例
某桩基工程建设场地位于闪长岩和灰岩侵入体接触地带，场区岩溶发育，岩土空间分布复杂。桩底持力层为层中风化灰岩，建筑场区勘探深度内，自桩顶至桩底地基自上而下分布为：层碎石：灰黄色，稍密、稍湿，灰岩质碎石，含量60%，充填硬塑粉质粘土。层全、强、中风化闪长岩闪长岩风化不均匀，全风化、强风化和中风化交叉出现，地层软硬相间。层溶蚀带灰岩灰白色，层状结构，溶孔发育严重，局部呈蜂窝状，岩心呈碎块状，少量短柱状。层中风化灰岩青灰~灰白色，层状结构，岩心短柱、柱状。
该工程浇筑完成后，采用低应变反射波法及超声波法对该桩进行质量检测。所得波形如下图：
14#桩距桩顶15m存在较明显的同向反射波，未见桩底反射，故判定桩身在左右存在较明显缺陷Ⅲ类桩。通过超声检测该桩在14-15m之间个别测点的声学参数出现异常，可判定为Ⅱ类桩，不会影响桩身结构承载力的正常发挥。
158#桩距桩顶9m存在反向反射波，随后又有一同向反射波，该桩先扩后缩，故判定桩为Ⅰ类桩。通过超声检测该桩各项声学参数均正常，可判定为Ⅰ类桩。
5.结论
桩基检测试验是评价桩基质量的重要手段，每种检测试验方法各有特点，能侧重解决一个方面的问题。嵌岩桩由于桩身本身的特点及围岩的影响，检测条件不符合低应变反射波法检测桩基中将桩作为一维弹性杆件的假设条件，使得实测波形不能完全反映桩身的实际情况。因此对特殊地质和施工条件下嵌岩桩的检测应慎重处理，桩基进行常规的低应变反射波法检测的同时，建议采用其它检测方法，如埋管超声检测法和取芯法。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。