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【摘 要】 本文重点阐述了低应变反射波法在检测桩基施工时的完整性理论，分析了影响检测的几种因素，并结合实例对桩基实测波形进行研究。
【关键词】 低应变；反射波法；桩基施工；质量检测
随着工程建筑行业的迅猛发展，桩基础的质量直接决定了工程建设中的整体水平，而目前以何种桩基形式进行施工，是技术人员研究的重点，桩基础本身具有特殊性，因为其基本属于隐蔽工程，位于建筑底部，容易出现离析、夹泥、缩颈、断裂等问题，因此，要想很好的控制桩基础施工质量，就要准确的检测桩基中存在的问题，并进行补救和改正。
一、桩基检测的原理
低应变反射波发一直以一维波动方程作为在检测过程中的理论基础，在进行桩基施工检测时，先把桩基简化成一维振动模型，再利用瞬态激振的方法对桩顶施加纵向应力波，然后纵向应力波会随着桩身向下延伸传播，然而在传播过程中很有可能会遇到桩身混凝土进而导致其波阻抗发生变化，比如截面材料出现离析或夹泥的缺陷等，这样纵向应力波就会在装机界面形成一定程度的反射或透射效果。接着我们便可以通过对透射和反射波的振幅、频率和波形判断，从而确定桩基混凝土的完整性以及具体的位置。
二、桩基完整性的有效判断
（一）判断的标准。根据应力波在遇到桩身混凝土时产生的一系列变化，为方便读者了解，笔者将检测过程中发生的透射、反射和入射以及波段速度和波阻抗之间的关系转化为以下方程式：
①
在方程式中=，是有两种介质的波阻抗比：，反射系数：，其中透射系数、、是两种不同波阻抗发生变化时质点的运动速度、密度和截面面积，其中、、分别是入射、反射和透射的波段速度。
（二）检测缺陷的类型。通过方程式①可知Ψ和T恒为正，也就是说透射波和入射波的方向始终保持一致。下面笔者通过反射系数F的波段变化进一步探讨反射波的具体情况，并结合一系列地质条件和波段特征来判断桩基的缺陷类型。
1、无缺陷桩基。具体良好完整性的桩因介质、无波阻抗变化且桩基截面很均匀并不会发生波反射现象，即Ψ=1，F=0，则有=0、=，这也说明了应力波以质点不变的波速向桩身传播。
2、有缺陷桩基
（1）Ψ>1，则>，F<0，即入射波位和反射波位相同，将它们细分又可以分为以下两种：
①当A1=A2，则>，也就是说桩身的截面面积不变，这时应力波则会有密度大向密度小的介质传播，由传播速度快的介质向传播速度慢的介质传播，而此时桩下部或发生断桩或者离析的缺陷。
②当=，则A1>A2，也就是说桩身材料性质不变情况下，桩身截面会发生变化，这时应力波回由大截面积向小截面积的方向传播，桩基会出现缩颈缺陷。
（2）Ψ<1时，即<，则F>0，也就是说反射波与入射波方向相反，将他们细分可分为以下两种：
①当A1=A2，则<，也就是说当桩身截面积不变情况下，应力波会由软材料向硬材料的方向传播。
②当=时，则A1 （三）对桩基缺陷位置进行准确判断
将桩身缺陷转化为公式如下：
②
公式中——检测点到桩身缺陷的距离m；
——时域信号中第一峰和缺陷反射波之间的时差ms；
——幅频曲线上与缺陷相邻的谐振峰之间的频差Hz；
——即桩身的波速m/s，当无法确定是可用桩身的平均速度代替。
三、影响桩基检测的因素
在采用低应变的反射波发对桩基进行检测的时候，还需注意注意一个问题，就是如何获取真实准确的检测波形图，图形的真实性也能够很好的反映出桩基施工的质量。为避免在实测过程中遭遇干扰波影响，应在检测时注意以下因素。
（一）对桩头的处理。能够影响激荡信号发生振荡的重要原因是桩头与混凝土不密实，由于检测过程中采集到的波形与浅部缺陷中的波形相似，进而会影响人的判断，从而造成判断失误。因此，在进行桩基施工的时候，应将桩顶凿至密实、新鲜和坚硬的混凝土，打磨到水平位置即可。
（二）对传感器进行耦合。用橡皮泥或黄油等材料对传感器进行耦合，粘贴过程中尽量要粘薄，另外为保证信号的真实性和通畅性，安装成功后的传感器还要注意与桩顶要形成垂直角度，并且中间不能有裂缝或者浮砂存在。
（三）传感器和激振点的准确位置。实验表明，在进行钢筋混凝土灌注桩的时候，传感器安装位置很重要，为避免在安装过程中出现因激振点和安装点距离过近而产生负向反冲波的现象，应在以桩中心为激振点、同时距离中心点2R/3的位置进行安装，一方面能够有效掩盖桩身浅部的缺陷，另一方面还有助于获取真实准确的波形。另外，为防止钢筋笼主筋对检测结果产生影响，在检测位置时传感器和激振点应尽量避开它，以免在钢筋笼主筋与素混凝土交界处出现波阻抗变小时，影响人们正确判断，从而误以为桩基出现断桩或者离析缺陷。
四、实际工程案例分析
（一）某工地54??????#?桩基检测（2008-5～2008-6）
图1是某工地54#??桩基检测时的波形曲线图。该桩是钻孔灌注桩，其中桩径长700mm，砼为C20，桩长25，Vp为3600m/s。检测过重发现该桩基在8.52ms的位置时，波阻抗发生变化，并出现了波形较为粗糙的与初始波同相的反射波，结合桩长进行分析，却发现该位置不应该出现桩底反射，应为桩基离析反射。经检测后的工勘报告得出造成离析的原因，很有可能因为泥浆护壁质量不好导致坍塌等，以形成混凝土的砂浆和石子较为集中的局面。
图1 某工地54#桩基检测曲线图
（二）某工地60#桩基检测（详见图2）（2008-5～2008-6）
该位置桩基是钻孔灌注桩，其中桩径长700mm，砼号为C25，桩长21m，Vp为3800m/s。检测过程中发现桩基在3.45ms的位置时发生波阻抗变化，出现较为毛糙的与初始波同相的反射波。经分析，该处不应出现桩底反射波，应是桩基离析反应。结合检测报告来看，造成离析的原因可能是泥浆护壁质量不好造成护壁坍塌，导致混凝土一部分位置出现空洞以及砂浆、石子的高度集中化。
图2 某工地60#桩基检测曲线图
（三）某市综合型大楼40#桩基检测（详见图3）
该大楼的桩基为钻孔灌注桩，其中桩径长500mm，砼号为C20，Vp为3100m/s，桩基长度共20m。检测过程中发现桩基在6.12ms的位置发生波阻抗变化，并出现了较为平滑的反射波形，初步判断桩基为扩径。
图3 某市综合型大楼40#检测曲线图
四、结束语
经实践证明，要想准确检测出桩基完整性是否为良好，就要采用低应变反射波法，其监测效果也是目前最为有效的一种。技术人员在实际的检测过程中，还要根据纵向应力波在不同界面发生的不同特征进行仔细的分析，进而可以准确的判断出桩基是否出现断桩、离析、缩颈或扩颈等缺陷，并确定缺陷存在的具体位置。另外在进行桩基的完整性分析时，还要结合施工记录和地质情况进行桩基质量的判断，为后期工程的顺利开展提供有利的条件，从而促进建筑业往更好的方向发展。
参考文献：
[1]张冬美.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].山西建筑，2010，06：118-119.
[2]钟亮根.低应变反射波法在桩基施工质量检测中的应用[J].铁道标准设计，2012，04：35-37.
[3]高朋.低应变反射波法在基桩检测中的应用和探讨[J].郑铁科技，2012，02：41-44.
[4]丁恒軒.低应变反射波法基桩质量检测理论与应用[D].南京理工大学，2012.
[5]高红伟，姚勇，陈代果，童庞，邓勇军.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].西南科技大学学报，2013，03：40-44.
[6]杨建中.低应变反射波法基桩完整性检测应用研究[D].郑州大学，2011.
【关键词】 低应变；反射波法；桩基施工；质量检测
随着工程建筑行业的迅猛发展，桩基础的质量直接决定了工程建设中的整体水平，而目前以何种桩基形式进行施工，是技术人员研究的重点，桩基础本身具有特殊性，因为其基本属于隐蔽工程，位于建筑底部，容易出现离析、夹泥、缩颈、断裂等问题，因此，要想很好的控制桩基础施工质量，就要准确的检测桩基中存在的问题，并进行补救和改正。
一、桩基检测的原理
低应变反射波发一直以一维波动方程作为在检测过程中的理论基础，在进行桩基施工检测时，先把桩基简化成一维振动模型，再利用瞬态激振的方法对桩顶施加纵向应力波，然后纵向应力波会随着桩身向下延伸传播，然而在传播过程中很有可能会遇到桩身混凝土进而导致其波阻抗发生变化，比如截面材料出现离析或夹泥的缺陷等，这样纵向应力波就会在装机界面形成一定程度的反射或透射效果。接着我们便可以通过对透射和反射波的振幅、频率和波形判断，从而确定桩基混凝土的完整性以及具体的位置。
二、桩基完整性的有效判断
（一）判断的标准。根据应力波在遇到桩身混凝土时产生的一系列变化，为方便读者了解，笔者将检测过程中发生的透射、反射和入射以及波段速度和波阻抗之间的关系转化为以下方程式：
①
在方程式中=，是有两种介质的波阻抗比：，反射系数：，其中透射系数、、是两种不同波阻抗发生变化时质点的运动速度、密度和截面面积，其中、、分别是入射、反射和透射的波段速度。
（二）检测缺陷的类型。通过方程式①可知Ψ和T恒为正，也就是说透射波和入射波的方向始终保持一致。下面笔者通过反射系数F的波段变化进一步探讨反射波的具体情况，并结合一系列地质条件和波段特征来判断桩基的缺陷类型。
1、无缺陷桩基。具体良好完整性的桩因介质、无波阻抗变化且桩基截面很均匀并不会发生波反射现象，即Ψ=1，F=0，则有=0、=，这也说明了应力波以质点不变的波速向桩身传播。
2、有缺陷桩基
（1）Ψ>1，则>，F<0，即入射波位和反射波位相同，将它们细分又可以分为以下两种：
①当A1=A2，则>，也就是说桩身的截面面积不变，这时应力波则会有密度大向密度小的介质传播，由传播速度快的介质向传播速度慢的介质传播，而此时桩下部或发生断桩或者离析的缺陷。
②当=，则A1>A2，也就是说桩身材料性质不变情况下，桩身截面会发生变化，这时应力波回由大截面积向小截面积的方向传播，桩基会出现缩颈缺陷。
（2）Ψ<1时，即<，则F>0，也就是说反射波与入射波方向相反，将他们细分可分为以下两种：
①当A1=A2，则<，也就是说当桩身截面积不变情况下，应力波会由软材料向硬材料的方向传播。
②当=时，则A1
将桩身缺陷转化为公式如下：
②
公式中——检测点到桩身缺陷的距离m；
——时域信号中第一峰和缺陷反射波之间的时差ms；
——幅频曲线上与缺陷相邻的谐振峰之间的频差Hz；
——即桩身的波速m/s，当无法确定是可用桩身的平均速度代替。
三、影响桩基检测的因素
在采用低应变的反射波发对桩基进行检测的时候，还需注意注意一个问题，就是如何获取真实准确的检测波形图，图形的真实性也能够很好的反映出桩基施工的质量。为避免在实测过程中遭遇干扰波影响，应在检测时注意以下因素。
（一）对桩头的处理。能够影响激荡信号发生振荡的重要原因是桩头与混凝土不密实，由于检测过程中采集到的波形与浅部缺陷中的波形相似，进而会影响人的判断，从而造成判断失误。因此，在进行桩基施工的时候，应将桩顶凿至密实、新鲜和坚硬的混凝土，打磨到水平位置即可。
（二）对传感器进行耦合。用橡皮泥或黄油等材料对传感器进行耦合，粘贴过程中尽量要粘薄，另外为保证信号的真实性和通畅性，安装成功后的传感器还要注意与桩顶要形成垂直角度，并且中间不能有裂缝或者浮砂存在。
（三）传感器和激振点的准确位置。实验表明，在进行钢筋混凝土灌注桩的时候，传感器安装位置很重要，为避免在安装过程中出现因激振点和安装点距离过近而产生负向反冲波的现象，应在以桩中心为激振点、同时距离中心点2R/3的位置进行安装，一方面能够有效掩盖桩身浅部的缺陷，另一方面还有助于获取真实准确的波形。另外，为防止钢筋笼主筋对检测结果产生影响，在检测位置时传感器和激振点应尽量避开它，以免在钢筋笼主筋与素混凝土交界处出现波阻抗变小时，影响人们正确判断，从而误以为桩基出现断桩或者离析缺陷。
四、实际工程案例分析
（一）某工地54??????#?桩基检测（2008-5～2008-6）
图1是某工地54#??桩基检测时的波形曲线图。该桩是钻孔灌注桩，其中桩径长700mm，砼为C20，桩长25，Vp为3600m/s。检测过重发现该桩基在8.52ms的位置时，波阻抗发生变化，并出现了波形较为粗糙的与初始波同相的反射波，结合桩长进行分析，却发现该位置不应该出现桩底反射，应为桩基离析反射。经检测后的工勘报告得出造成离析的原因，很有可能因为泥浆护壁质量不好导致坍塌等，以形成混凝土的砂浆和石子较为集中的局面。
图1 某工地54#桩基检测曲线图
（二）某工地60#桩基检测（详见图2）（2008-5～2008-6）
该位置桩基是钻孔灌注桩，其中桩径长700mm，砼号为C25，桩长21m，Vp为3800m/s。检测过程中发现桩基在3.45ms的位置时发生波阻抗变化，出现较为毛糙的与初始波同相的反射波。经分析，该处不应出现桩底反射波，应是桩基离析反应。结合检测报告来看，造成离析的原因可能是泥浆护壁质量不好造成护壁坍塌，导致混凝土一部分位置出现空洞以及砂浆、石子的高度集中化。
图2 某工地60#桩基检测曲线图
（三）某市综合型大楼40#桩基检测（详见图3）
该大楼的桩基为钻孔灌注桩，其中桩径长500mm，砼号为C20，Vp为3100m/s，桩基长度共20m。检测过程中发现桩基在6.12ms的位置发生波阻抗变化，并出现了较为平滑的反射波形，初步判断桩基为扩径。
图3 某市综合型大楼40#检测曲线图
四、结束语
经实践证明，要想准确检测出桩基完整性是否为良好，就要采用低应变反射波法，其监测效果也是目前最为有效的一种。技术人员在实际的检测过程中，还要根据纵向应力波在不同界面发生的不同特征进行仔细的分析，进而可以准确的判断出桩基是否出现断桩、离析、缩颈或扩颈等缺陷，并确定缺陷存在的具体位置。另外在进行桩基的完整性分析时，还要结合施工记录和地质情况进行桩基质量的判断，为后期工程的顺利开展提供有利的条件，从而促进建筑业往更好的方向发展。
参考文献：
[1]张冬美.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].山西建筑，2010，06：118-119.
[2]钟亮根.低应变反射波法在桩基施工质量检测中的应用[J].铁道标准设计，2012，04：35-37.
[3]高朋.低应变反射波法在基桩检测中的应用和探讨[J].郑铁科技，2012，02：41-44.
[4]丁恒軒.低应变反射波法基桩质量检测理论与应用[D].南京理工大学，2012.
[5]高红伟，姚勇，陈代果，童庞，邓勇军.低应变反射波法在桩基检测中的应用[J].西南科技大学学报，2013，03：40-44.
[6]杨建中.低应变反射波法基桩完整性检测应用研究[D].郑州大学，2011.