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【摘 要】 无论多宏伟的建筑，其基础的桩基工程都是最主要的，桩基工程是隐蔽工程，影响因素很多，稍有不慎就有可能给工程留下隐患。大量工程实践表明，整个建筑物工程的成败，在很大程度上取决于桩基工程的质量和水平，建筑物事故的发生，很多与桩基工程问题有关，所以对桩基工程的检测就尤为重要，本文分析了两种对桩基工程的检测方法并加以分析。
【关键词】 桩基检测；超声波；反射波；方法分析
前言：
在桩基无损检测的方法里，超声波法和反射波法应用较为广泛。超声波法要求在桩基体内预埋声测管，埋管通常为钢管。该方法测试结果直观、可靠；但在桩基数量较多时，存在着预埋声测管工作量大、施工过程复杂、工程造价增加、桩基检测费用较高、检测过程繁琐等缺点。反射波法对现场测试条件要求不高，检测原理简单、快速无损、资料易于判读、检测速度快、准确度较高；但因波速的不确定性，常以经验假定应力波传播速度，因而难以正确判定桩身质量完整性和桩长。超声波法主要是根据超声波波速判断桩身混凝土的相对强度、均匀性、完整性及缺陷。反射波法是根据应力波传播速度来确定桩身质量、完整性和桩长。两种方法都与波在混凝土中的传播速度有关，若将超声波法检测的波速结果应用于反射波法，不仅可避免反射波法的不足，而且将对工程造价及施工过程起到优化作用。
一、超声波法，反射波检测基本原理
超声波和应力波是两个不同范畴的概念，超声波属于声学的概念，应力波属于力学的概念。它们都是指振动波在介质中进行传播的一种形式，都属于机械波，所不同是，一般应力波是指由机械振源引起的波，超声波是指由超声振源引起的波。超声波技术应用于混凝土质量的无损检测已有很长的历史，而声波透射法应用于基桩检测，则是近几年才引进发展起来的，由于它具有仪器轻便、抗干扰能力强、观测准确度高、结果直观可靠，所以被广泛推广使用，已成为一种比较成熟可靠的灌注桩无损检测方法。声波透射法是在桩内预埋纵向声测管道，将超声脉冲发射和接收探头置于声测管中，管中充满清水作耦合剂，由仪器发出周期性电脉冲通过发射探头发射并穿透混凝土，被接收探头接收并转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过桩体所需时间、接收波幅值、接收脉冲主频率、接收波形及频谱等参数。最后由数据处理系统按判断软件对接收信号的各种参数进行综合判断和分析，即可对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置做出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。
1、超声波法检测基本原理
2、反射波法基本原理
反射波法的基本理论是一维波动方程，由于一般桩长都远大于桩的直径，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。在桩顶用点源力激振下，应力波沿桩身的传播，遇到波阻抗变化处将发生反射和透射，波在等截面杆件中运动方程为：
式中（x，t>为这杆件某一点位移量；x为轴向坐标；t为时间；C为应力波传播速度。桩身完整性及缺陷分析是根据桩身不同截面的阻抗变化来判定，阻抗用Z表示：Z=A°ρ°c，式中A为桩的截面积；ρ为桩身混凝土密度；C应力波波速。桩长和缺陷位置是根据在时域范围内应力波反射的公式确定：L=t°C/2。式中L为桩长或质量存在缺陷的位置；t为应力波传播的时问；C为波速。反射波法中t根据检测波形可直接识别确定。
3、波速的确定
反射波法假定应力波为弹性波，超声波纵波的传播速度如（1）式。由于振源的振动力对桩体混凝土变形影响很小，可视泊松比μ=0，因而超声波波速与应力波波速是相等的。超声波法检测通常采样较多，每一侧面均匀采样问隔要求小于40cm。较大直径的基桩预埋管一般都大于两根，对十儿米或儿十米的基樁，采样数量通常能达到数百个，对采样得到的波速进行平均处理可得到超声波在桩体内传播的平均速度。同一工程的基桩，混凝土的配合比一般是相同的，波速只随龄期发生变化，在相同龄期情况下，完全可以把超声波法检测到的波速用于反射波法的检测中，从而可以弥补反射波法的不足。
4、反射波检测中存在的问题
4.1正常波速
在工程的实际检测中我们普遍遇到的问题是波速的确定，操作过程中确定与桩的砼强度相对应的波速显得至关重要。本人通过各方情况综合分析认为：低应变所测桩底反射并不是真正的桩底反射信号，而是变截面反射信号。通过对拔出桩施工现场拔出情况说明，当钢套管向下套桩时，在距离桩底2.0m左右非常困难，经加大冲击力后迅速穿透，这说明桩身在此有可能扩径。低应变错误认为是桩底信号（仪表和操作系统对采集到的数据将进行放大）。从拔出桩仔细检查，发现在距桩底2.0-2.5米处砼四周被割断（由于钢套管下压所致），后将原检测低应变图形用3400m/s（实际应更低）反算桩长为11m（即变截面位置）。为了能验证这样的结果，我们对与其土质情况相近的某工程采用的振动灌注桩设计桩长为14米，砼强度等级为C20，用低应变检测普遍偏短2.0米左右。后在其附近用同工艺、同材料、同等级、同样方式打入一根设计短2.0米的桩，再用低应变检测，低应变检测结果相同，说明以上假设成立。另外，为什么桩有扩径现象，低应变却无反应。本人认为主要由于扩径不是规则形状或者是梯形扩径（拟设图形如图9），而梯形扩径低应变无法检测，这通过对某工程用电线杆长度为8m，一端直径为257mm，另一端直径为150mm，砼强度等级为C30，所以桩身在第六层土中扩径不反应或反应不明显。再有桩身在钢套管中，砼波速为3700m/s，比自由状态砼波速3400m/s高，这跟理论上波在如钢等高强介质中传播速度高时相符合的。
4.2、波速明显偏低，波形畸变：一般考虑统称为混凝土有缺陷，至于缺陷的范围，适用双面斜测的方法绘制波形异常位置图，就很明确的反映出问题在桩身平面的靠近那个声测管的位置了，最终都需要综合分析地质、灌注过程等因素，或钻芯验证才能给出一个比较确切的缺陷类型！例如：黄土地质或沙层很容易塌孔，那么夹泥、加沙的可能性就很大！石质地层考虑孔隙水的影响或灌注过程中混凝土自身或孔底水或导管出问题等等，这个过程要靠长时间见得多了，就会有经验了！ 4.3、仪器正常的前提下，没有任何波形：如果全断面检测没有波形基本可以判断为断桩了，至于断桩的原因又要进行地质条件、施工工艺、混凝土拌合、灌注等方面的分析了。
4.4、尽量选择钻芯验证一下，就跟大夫看病一样，听一听、问一问再去做B超或CT更清晰一些，特别对于初学者，是一个经验积累的好机会，对于经验丰富的专家则早就心中有数了。
二、工程实测中遇到的问题与建议的解决方法
1、声测管预埋
声测管在基桩的横截面上的布局如图所示的3种方式，图中阴影部分为检测有效区。根据工地实测验证，直径1m以下的桩，采用方案I（两管对测），即可基本上反映全断面各部位的主要缺陷；1m以上的桩应采用方案II（三管测量），该方案的“盲区”在中心位置，而中心位置产生缺陷的可能性最小，对于直径2.5m以上的大直径桩，则应采用方案m（四管六次对测）。声测管之间的不平行度应控制在一定的范围内，但在实际施工中，由于钢筋骨架刚度的原因，会造成一定的误差，应尽量控制。
2、在實测中常常会遇到声测管堵塞或卡住探头的情况，这是由于声测管的安装不当造成的。声测管一般随钢筋笼分段安装，每段之问的接头可采用反螺纹套筒接口或套管焊接方案，尽量避免两声测管直接进行焊接，以免内壁进入焊渣，造成堵管现象。且应保证在较高的静水压力下不漏浆，接口内壁应保持平整，安装完后将上口用木塞堵住。声测管安装的不平行也是常见问题，由于在施工中钢筋笼容易出现扭曲变形而导致声测管位移甚大，因而导致检测的声时值、均方差、离散系数、平均声速等统计值产生偏离。出现这种情况，就要综合考虑判断。
三、结论
（1）与低应变法相比，超声波检测不受桩径大小和桩长的限制，且信号稳定可信，容易分析。
（2）由于桩基在其中间位置部位出现缺陷的机会最小，所以，在钻芯取样的过程时，不赞成抽取桩基中心位置，应在声波检测问题剖面钻芯取样。
（3）钻孔取芯有一孔之见的局限，只能对局小部范围进行判断，故在桩基等级评定时，仍应以无损检测为主。
（4）两种测试方法交叉使用测量结果更理想。
参考文献：
[1]中华人民共和国建设部.建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）.北京：中国建筑工业出版社，2003.
【关键词】 桩基检测；超声波；反射波；方法分析
前言：
在桩基无损检测的方法里，超声波法和反射波法应用较为广泛。超声波法要求在桩基体内预埋声测管，埋管通常为钢管。该方法测试结果直观、可靠；但在桩基数量较多时，存在着预埋声测管工作量大、施工过程复杂、工程造价增加、桩基检测费用较高、检测过程繁琐等缺点。反射波法对现场测试条件要求不高，检测原理简单、快速无损、资料易于判读、检测速度快、准确度较高；但因波速的不确定性，常以经验假定应力波传播速度，因而难以正确判定桩身质量完整性和桩长。超声波法主要是根据超声波波速判断桩身混凝土的相对强度、均匀性、完整性及缺陷。反射波法是根据应力波传播速度来确定桩身质量、完整性和桩长。两种方法都与波在混凝土中的传播速度有关，若将超声波法检测的波速结果应用于反射波法，不仅可避免反射波法的不足，而且将对工程造价及施工过程起到优化作用。
一、超声波法，反射波检测基本原理
超声波和应力波是两个不同范畴的概念，超声波属于声学的概念，应力波属于力学的概念。它们都是指振动波在介质中进行传播的一种形式，都属于机械波，所不同是，一般应力波是指由机械振源引起的波，超声波是指由超声振源引起的波。超声波技术应用于混凝土质量的无损检测已有很长的历史，而声波透射法应用于基桩检测，则是近几年才引进发展起来的，由于它具有仪器轻便、抗干扰能力强、观测准确度高、结果直观可靠，所以被广泛推广使用，已成为一种比较成熟可靠的灌注桩无损检测方法。声波透射法是在桩内预埋纵向声测管道，将超声脉冲发射和接收探头置于声测管中，管中充满清水作耦合剂，由仪器发出周期性电脉冲通过发射探头发射并穿透混凝土，被接收探头接收并转换成电信号。由仪器中的测量系统测出超声脉冲穿过桩体所需时间、接收波幅值、接收脉冲主频率、接收波形及频谱等参数。最后由数据处理系统按判断软件对接收信号的各种参数进行综合判断和分析，即可对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置做出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。
1、超声波法检测基本原理
2、反射波法基本原理
反射波法的基本理论是一维波动方程，由于一般桩长都远大于桩的直径，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。在桩顶用点源力激振下，应力波沿桩身的传播，遇到波阻抗变化处将发生反射和透射，波在等截面杆件中运动方程为：
式中（x，t>为这杆件某一点位移量；x为轴向坐标；t为时间；C为应力波传播速度。桩身完整性及缺陷分析是根据桩身不同截面的阻抗变化来判定，阻抗用Z表示：Z=A°ρ°c，式中A为桩的截面积；ρ为桩身混凝土密度；C应力波波速。桩长和缺陷位置是根据在时域范围内应力波反射的公式确定：L=t°C/2。式中L为桩长或质量存在缺陷的位置；t为应力波传播的时问；C为波速。反射波法中t根据检测波形可直接识别确定。
3、波速的确定
反射波法假定应力波为弹性波，超声波纵波的传播速度如（1）式。由于振源的振动力对桩体混凝土变形影响很小，可视泊松比μ=0，因而超声波波速与应力波波速是相等的。超声波法检测通常采样较多，每一侧面均匀采样问隔要求小于40cm。较大直径的基桩预埋管一般都大于两根，对十儿米或儿十米的基樁，采样数量通常能达到数百个，对采样得到的波速进行平均处理可得到超声波在桩体内传播的平均速度。同一工程的基桩，混凝土的配合比一般是相同的，波速只随龄期发生变化，在相同龄期情况下，完全可以把超声波法检测到的波速用于反射波法的检测中，从而可以弥补反射波法的不足。
4、反射波检测中存在的问题
4.1正常波速
在工程的实际检测中我们普遍遇到的问题是波速的确定，操作过程中确定与桩的砼强度相对应的波速显得至关重要。本人通过各方情况综合分析认为：低应变所测桩底反射并不是真正的桩底反射信号，而是变截面反射信号。通过对拔出桩施工现场拔出情况说明，当钢套管向下套桩时，在距离桩底2.0m左右非常困难，经加大冲击力后迅速穿透，这说明桩身在此有可能扩径。低应变错误认为是桩底信号（仪表和操作系统对采集到的数据将进行放大）。从拔出桩仔细检查，发现在距桩底2.0-2.5米处砼四周被割断（由于钢套管下压所致），后将原检测低应变图形用3400m/s（实际应更低）反算桩长为11m（即变截面位置）。为了能验证这样的结果，我们对与其土质情况相近的某工程采用的振动灌注桩设计桩长为14米，砼强度等级为C20，用低应变检测普遍偏短2.0米左右。后在其附近用同工艺、同材料、同等级、同样方式打入一根设计短2.0米的桩，再用低应变检测，低应变检测结果相同，说明以上假设成立。另外，为什么桩有扩径现象，低应变却无反应。本人认为主要由于扩径不是规则形状或者是梯形扩径（拟设图形如图9），而梯形扩径低应变无法检测，这通过对某工程用电线杆长度为8m，一端直径为257mm，另一端直径为150mm，砼强度等级为C30，所以桩身在第六层土中扩径不反应或反应不明显。再有桩身在钢套管中，砼波速为3700m/s，比自由状态砼波速3400m/s高，这跟理论上波在如钢等高强介质中传播速度高时相符合的。
4.2、波速明显偏低，波形畸变：一般考虑统称为混凝土有缺陷，至于缺陷的范围，适用双面斜测的方法绘制波形异常位置图，就很明确的反映出问题在桩身平面的靠近那个声测管的位置了，最终都需要综合分析地质、灌注过程等因素，或钻芯验证才能给出一个比较确切的缺陷类型！例如：黄土地质或沙层很容易塌孔，那么夹泥、加沙的可能性就很大！石质地层考虑孔隙水的影响或灌注过程中混凝土自身或孔底水或导管出问题等等，这个过程要靠长时间见得多了，就会有经验了！ 4.3、仪器正常的前提下，没有任何波形：如果全断面检测没有波形基本可以判断为断桩了，至于断桩的原因又要进行地质条件、施工工艺、混凝土拌合、灌注等方面的分析了。
4.4、尽量选择钻芯验证一下，就跟大夫看病一样，听一听、问一问再去做B超或CT更清晰一些，特别对于初学者，是一个经验积累的好机会，对于经验丰富的专家则早就心中有数了。
二、工程实测中遇到的问题与建议的解决方法
1、声测管预埋
声测管在基桩的横截面上的布局如图所示的3种方式，图中阴影部分为检测有效区。根据工地实测验证，直径1m以下的桩，采用方案I（两管对测），即可基本上反映全断面各部位的主要缺陷；1m以上的桩应采用方案II（三管测量），该方案的“盲区”在中心位置，而中心位置产生缺陷的可能性最小，对于直径2.5m以上的大直径桩，则应采用方案m（四管六次对测）。声测管之间的不平行度应控制在一定的范围内，但在实际施工中，由于钢筋骨架刚度的原因，会造成一定的误差，应尽量控制。
2、在實测中常常会遇到声测管堵塞或卡住探头的情况，这是由于声测管的安装不当造成的。声测管一般随钢筋笼分段安装，每段之问的接头可采用反螺纹套筒接口或套管焊接方案，尽量避免两声测管直接进行焊接，以免内壁进入焊渣，造成堵管现象。且应保证在较高的静水压力下不漏浆，接口内壁应保持平整，安装完后将上口用木塞堵住。声测管安装的不平行也是常见问题，由于在施工中钢筋笼容易出现扭曲变形而导致声测管位移甚大，因而导致检测的声时值、均方差、离散系数、平均声速等统计值产生偏离。出现这种情况，就要综合考虑判断。
三、结论
（1）与低应变法相比，超声波检测不受桩径大小和桩长的限制，且信号稳定可信，容易分析。
（2）由于桩基在其中间位置部位出现缺陷的机会最小，所以，在钻芯取样的过程时，不赞成抽取桩基中心位置，应在声波检测问题剖面钻芯取样。
（3）钻孔取芯有一孔之见的局限，只能对局小部范围进行判断，故在桩基等级评定时，仍应以无损检测为主。
（4）两种测试方法交叉使用测量结果更理想。
参考文献：
[1]中华人民共和国建设部.建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-2003）.北京：中国建筑工业出版社，2003.