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[摘 要]本文以低应变反射波法为例，主要从检测原理、桩头及传感器处理、现场基桩数据的采集和分析四个方面，对其在基桩检测中的应用情况进行简要的探析。其中比较详细的指出了基桩检测的具体步骤和基桩检测波形图的识别方法，结果表明，低应变反射波法在基桩检测中是切实可行的。
[关键词]低应变；反射波法；基桩检测
中图分类号：TU473.16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0397-02
基桩检测是指检验桩基础完整性和混凝土强度的专业性工作，常采用工程物探的方法，主要用于桥梁、建筑领域[1]。目前，基桩检测方法主要钻芯法、散射法、反射波法、高应变法、声波透射法、低应变动测法等多种类型[2-3]。由于使用方便，检测容易，国内比较常用的基桩检测法主要是反射波法，因为该方法是以检测桩身完整性为主的，因此也被称为低应变反射波法。
1 低应变反射波法的检测原理
低应变反射波法检测原理的理论基础是一维弹性杆平面应力波波动理论。该理论条件下，假设基桩的桩身是基桩长度大于或等于基桩直径的一维弹性杆件[4]，当基桩顶部受到锤击力时，会产生一段自桩身向下传播的压缩波，此时，如果桩身本身具有明显的波阻抗Z变化界面，那么就会产生一定的透射波和反射波，且反射和投射值的幅度和对应的相位会因波阻抗Z的变化而变化。
上述原理可用公式表示（其中A表示基桩的横截面积，表示桩身材料的密度，表示应力波自桩身向下传播的速度）。
假设所要检测基桩存在波阻抗变化界面，令界面以上部分的波阻抗为，界面以下部分的波阻抗为，则存在以下三种情形：
情形一：，反射波与入射波在传播速度方面的信号相位具有一致性，说明所检测位置基桩的横截面积小于正常值，或者检测位置基桩材料的砼质量较差；情形二：，说明基桩界面均匀，砼质量较好，不存在材料缺陷；情形三：，反射波与入射波在传播速度方面的信号相位恰好相反，说明所检测位置基桩直径出现扩大现象。
显而易见，当检测结果为情形二所示时，桩基础完整性较好，当出现其他两种情形时，说明桩基础完整性较差，且均存在不同程度的缺陷。
2 桩头及传感器处理
一方面，通常情况下，直接在素混凝土（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。因此，在检测正式开始之前，需要用专门的设备对基桩顶部进行切割、清理，當出现新鲜的混凝土面时方可停止，并尽可能的保证界面的干净（桩头没有杂物且无破碎）和平整（界面无浮浆和碎石）。
另一方面，现场基桩检测数据是以传感器等装置为传播媒介的，因此，现场桩基数据采集前需要先做好传感器的安装和激活工作。
首先，要根据基桩的属性确定激振点的位置。一般，对于实心的基桩，主要以桩头中心处作为激振点，且需要将传感器需固定在激振点半径的1/2～2/3的位置；对于空心桩，主要以桩壁的厚度为准，选择中间处作为激振点，激振点和传感器同桩中心之间连线的最好保持垂直，且需要将激振点和传感器保持在同一水平面上。
其次，检测点的选择。为了提高检测的准确度，实际基桩完整性检测点数量的确定需要根据基桩直径的大小进行具体的调整，但检测点的个数应控制在2～4个之间。一般情况下，基桩直径大于80cm时，检测点需≥2个，基桩直径大于1.2m时，检测点需≥3个，当基桩直径超过2m时，检测点需≥4个。
最后，固定传感器。为了避免传感器因受到冲击而发生移位，，可以在传感器安装过程中使用适量的黄油、橡皮泥等耦合剂，必要时可采取冲击钻打孔的方法。
3 现场基桩数据的采集与处理
数据采集过程的合理与否会直接对基桩检测的结果产生影响，因此，在数据采集过程中必须按照一定的流程和工序进行，以保证所采集数据的可靠性。
首先，要对检测需用到的全部设备和仪器进行专业检查，确保检测工具的性能。并根据实际检测需求提前准备好激振所用的弧线形锤头（将锤头和基桩顶部的基础面积缩至最小，有利于点振源的激发）。
其次，要挑选基桩检测经验丰富和技巧纯熟的人员负责基桩的敲击，以尽可能的保证敲击的一次性成功，避免因基桩受到二次冲击而产生反射波误差。
最后，测试时要先排除异常波的干扰，并进行不少于三次的检测工作。为保证数据的准确度，要对每一根基桩进行不少于三次的反复检测，以确保所采集数据的有效。
4 基桩检测结果的分析与确认
4.1 检测数据处理
数据采集工作完成后，有关人员需要运用低通滤波对所采集的数据进行过滤处理，以及曲线放大处理，以提高分析数据和分析曲线的清晰度和明显度。此外，还需要特别注重对基桩缺陷位置信号重复反射问题的识别处理，原因在于，缺陷位置的反射波信号具有一定的等时等距特性，所以当基桩波阻抗变化界限存在等时距情况时，很有可能出现同一信号多次重复反射的现象，若果不进行区分，则会误导数据分析人员，使检测结果出现误差问题。
4.2 检测结果分析
运用低应变反射波法检测基桩通常会出现以下几种类型的检测结果（图1）。
第一，完整樁（图1-a）。具有较好完整性的基桩截面均匀且无质量缺陷，因此检测得到的波形比较清晰，反射波信号的输入输出规律性较强，实际测得的曲线和理论曲线十分相近。
第二，缩径桩与扩径桩（图1-d、1-b）。缩径桩和扩径桩均存在不同程度的质量缺陷，但相较于完整桩，二者的折射波速度变化近似于0，不同的是，前者实测反射波信号会在缺陷位置发生同相变动，而后者则会出现反相变动。
第三，断桩（图1-e）。断桩是在基桩质量缺陷达到一定程度时才会出现的，其底部反射波信号几乎无法识别，但也因与完整桩差异较大所以容易判断。施工过程中导管插入不当换货混凝土浇灌不当都会引发断桩问题。
第四，离析桩（图1-c）。离析桩的产生与混凝土的水灰比配置、搅拌，导管漏水处理以及施工骨料配置工作有着直接的关联。相较于完整桩，离析桩缺陷位置通常会出现同相反射信号，且反射波速度回出现略微的下降（200～300m/s），离析现象越严重，反射波速度越低。
5 结论
基桩是建筑物的根基所在，但作为一种隐蔽性较强的地下结构[5]，施工过程中若稍有不慎便可能导致基桩出现缩径、扩径、离析，甚至是断裂问题，由此给地上施工结构带来了不同程度的安全威胁，可见基桩质量的良好与否直接关系着整个建筑物的安危。近年来，随着基桩在桥梁、建筑等领域运用范围的逐渐扩大以及运用频率的逐渐增加，一些因基桩缺陷而产生的工程安全隐患和问题也不断发生。为此，建筑施工行业开始将目光聚焦到了基桩检测环节。而作为一种常用的基桩检测方法，低应变力反射波法也自然得到了更加广泛的关注。目前，低应变力反射波法在我国国内的发展和应用已经比较成熟，并被列入了国家规范范畴，也有许多的学者进行了关于低应变力反射波法应用于基桩检测的研究。本文的探究亦是建立在相关文献资料基础之上的，虽然尚缺乏一定的实际经验，但可以明确的是，低应变反射波法在基桩检测中的应用是具有可行性的。
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，2010，36（6）：118-119.
[2] 丁恒轩.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.
[3] 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.
[4] 潘远兴.桩基检测中低应变反射波法的实践应用[J].中华民居旬刊，2014（27）：97-97.
[5] 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（2）.
[关键词]低应变；反射波法；基桩检测
中图分类号：TU473.16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0397-02
基桩检测是指检验桩基础完整性和混凝土强度的专业性工作，常采用工程物探的方法，主要用于桥梁、建筑领域[1]。目前，基桩检测方法主要钻芯法、散射法、反射波法、高应变法、声波透射法、低应变动测法等多种类型[2-3]。由于使用方便，检测容易，国内比较常用的基桩检测法主要是反射波法，因为该方法是以检测桩身完整性为主的，因此也被称为低应变反射波法。
1 低应变反射波法的检测原理
低应变反射波法检测原理的理论基础是一维弹性杆平面应力波波动理论。该理论条件下，假设基桩的桩身是基桩长度大于或等于基桩直径的一维弹性杆件[4]，当基桩顶部受到锤击力时，会产生一段自桩身向下传播的压缩波，此时，如果桩身本身具有明显的波阻抗Z变化界面，那么就会产生一定的透射波和反射波，且反射和投射值的幅度和对应的相位会因波阻抗Z的变化而变化。
上述原理可用公式表示（其中A表示基桩的横截面积，表示桩身材料的密度，表示应力波自桩身向下传播的速度）。
假设所要检测基桩存在波阻抗变化界面，令界面以上部分的波阻抗为，界面以下部分的波阻抗为，则存在以下三种情形：
情形一：，反射波与入射波在传播速度方面的信号相位具有一致性，说明所检测位置基桩的横截面积小于正常值，或者检测位置基桩材料的砼质量较差；情形二：，说明基桩界面均匀，砼质量较好，不存在材料缺陷；情形三：，反射波与入射波在传播速度方面的信号相位恰好相反，说明所检测位置基桩直径出现扩大现象。
显而易见，当检测结果为情形二所示时，桩基础完整性较好，当出现其他两种情形时，说明桩基础完整性较差，且均存在不同程度的缺陷。
2 桩头及传感器处理
一方面，通常情况下，直接在素混凝土（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。因此，在检测正式开始之前，需要用专门的设备对基桩顶部进行切割、清理，當出现新鲜的混凝土面时方可停止，并尽可能的保证界面的干净（桩头没有杂物且无破碎）和平整（界面无浮浆和碎石）。
另一方面，现场基桩检测数据是以传感器等装置为传播媒介的，因此，现场桩基数据采集前需要先做好传感器的安装和激活工作。
首先，要根据基桩的属性确定激振点的位置。一般，对于实心的基桩，主要以桩头中心处作为激振点，且需要将传感器需固定在激振点半径的1/2～2/3的位置；对于空心桩，主要以桩壁的厚度为准，选择中间处作为激振点，激振点和传感器同桩中心之间连线的最好保持垂直，且需要将激振点和传感器保持在同一水平面上。
其次，检测点的选择。为了提高检测的准确度，实际基桩完整性检测点数量的确定需要根据基桩直径的大小进行具体的调整，但检测点的个数应控制在2～4个之间。一般情况下，基桩直径大于80cm时，检测点需≥2个，基桩直径大于1.2m时，检测点需≥3个，当基桩直径超过2m时，检测点需≥4个。
最后，固定传感器。为了避免传感器因受到冲击而发生移位，，可以在传感器安装过程中使用适量的黄油、橡皮泥等耦合剂，必要时可采取冲击钻打孔的方法。
3 现场基桩数据的采集与处理
数据采集过程的合理与否会直接对基桩检测的结果产生影响，因此，在数据采集过程中必须按照一定的流程和工序进行，以保证所采集数据的可靠性。
首先，要对检测需用到的全部设备和仪器进行专业检查，确保检测工具的性能。并根据实际检测需求提前准备好激振所用的弧线形锤头（将锤头和基桩顶部的基础面积缩至最小，有利于点振源的激发）。
其次，要挑选基桩检测经验丰富和技巧纯熟的人员负责基桩的敲击，以尽可能的保证敲击的一次性成功，避免因基桩受到二次冲击而产生反射波误差。
最后，测试时要先排除异常波的干扰，并进行不少于三次的检测工作。为保证数据的准确度，要对每一根基桩进行不少于三次的反复检测，以确保所采集数据的有效。
4 基桩检测结果的分析与确认
4.1 检测数据处理
数据采集工作完成后，有关人员需要运用低通滤波对所采集的数据进行过滤处理，以及曲线放大处理，以提高分析数据和分析曲线的清晰度和明显度。此外，还需要特别注重对基桩缺陷位置信号重复反射问题的识别处理，原因在于，缺陷位置的反射波信号具有一定的等时等距特性，所以当基桩波阻抗变化界限存在等时距情况时，很有可能出现同一信号多次重复反射的现象，若果不进行区分，则会误导数据分析人员，使检测结果出现误差问题。
4.2 检测结果分析
运用低应变反射波法检测基桩通常会出现以下几种类型的检测结果（图1）。
第一，完整樁（图1-a）。具有较好完整性的基桩截面均匀且无质量缺陷，因此检测得到的波形比较清晰，反射波信号的输入输出规律性较强，实际测得的曲线和理论曲线十分相近。
第二，缩径桩与扩径桩（图1-d、1-b）。缩径桩和扩径桩均存在不同程度的质量缺陷，但相较于完整桩，二者的折射波速度变化近似于0，不同的是，前者实测反射波信号会在缺陷位置发生同相变动，而后者则会出现反相变动。
第三，断桩（图1-e）。断桩是在基桩质量缺陷达到一定程度时才会出现的，其底部反射波信号几乎无法识别，但也因与完整桩差异较大所以容易判断。施工过程中导管插入不当换货混凝土浇灌不当都会引发断桩问题。
第四，离析桩（图1-c）。离析桩的产生与混凝土的水灰比配置、搅拌，导管漏水处理以及施工骨料配置工作有着直接的关联。相较于完整桩，离析桩缺陷位置通常会出现同相反射信号，且反射波速度回出现略微的下降（200～300m/s），离析现象越严重，反射波速度越低。
5 结论
基桩是建筑物的根基所在，但作为一种隐蔽性较强的地下结构[5]，施工过程中若稍有不慎便可能导致基桩出现缩径、扩径、离析，甚至是断裂问题，由此给地上施工结构带来了不同程度的安全威胁，可见基桩质量的良好与否直接关系着整个建筑物的安危。近年来，随着基桩在桥梁、建筑等领域运用范围的逐渐扩大以及运用频率的逐渐增加，一些因基桩缺陷而产生的工程安全隐患和问题也不断发生。为此，建筑施工行业开始将目光聚焦到了基桩检测环节。而作为一种常用的基桩检测方法，低应变力反射波法也自然得到了更加广泛的关注。目前，低应变力反射波法在我国国内的发展和应用已经比较成熟，并被列入了国家规范范畴，也有许多的学者进行了关于低应变力反射波法应用于基桩检测的研究。本文的探究亦是建立在相关文献资料基础之上的，虽然尚缺乏一定的实际经验，但可以明确的是，低应变反射波法在基桩检测中的应用是具有可行性的。
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，2010，36（6）：118-119.
[2] 丁恒轩.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.
[3] 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.
[4] 潘远兴.桩基检测中低应变反射波法的实践应用[J].中华民居旬刊，2014（27）：97-97.
[5] 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（2）.