试论应力波反射法基桩检测的原理及应用

试论应力波反射法基桩检测的原理及应用

摘要：在现代高速公路、桥梁、水利水电设施，以及工业、商业、民用建筑的建设中，基桩工程已经成为决定工程项目整体质量的重要因素之一。目前，在国内现阶段的基桩检测中，应力波反射法是较为常用的技术类型之一，其具有适应性强、反应快、操作简便、造价低、结果精确等特点。本文结合笔者多年工作经验就应力波反射法基桩检测的基本原理及实际应用进行讨论，仅供同行参考和借鉴。

关键词：应力波反射法；基桩；检测；基本原理；实际应用

近年来，随着我国社会经济的不断发展，带动了国内工程建设行业的兴起，作为岩土工程领域重要分支的基桩工程越来越多的受到业内人士的关注，尤其是对于基桩检测技术的研究也更为深入。国内基桩检测技术的发展经历了较长的时间，不但对传统的检测技术进行了必要的改革和完善，而且加大了对于新技术、新手段的研发和应用，特别是各类新型仪器、设备的出现，也促进了基桩检测技术的创新和发展。在国内现阶段的基桩检测中常用的技术类型主要包括：高应变动力试桩法、静载试验法、应力波反射法、声波透射法、动静法或拟静力法等，其中应力波反射法的应用范围较广，本文对其原理及实际应用进行分析。

1应力波反射法概述与传统的基桩检测方法相比，应力波反射法是较为常用的低应变无损检测技术之一，其具有检测范围广、反应速度快、适用性强、造价低等特点，其主要被应用于桩身的完整性检测，并且依据检测结果判断基桩的具体位置、桩身长度及混凝土强度等。在基桩检测中应用的应力波反射法主要是指在通过桩顶向下垂直施加瞬态脉冲激振力，并且以弹性纵波的形式向桩体下部均匀传播，当基桩深层或底部的阻抗发生异常现象时，可以产生相应的反射波并及时传回桩顶[1]。另外，在应用应力波反射法进行基桩检测时，如果存在缩颈、扩颈、断层、离析等方面的缺陷，往往会导致桩体密实度或桩横断面发生细微的变化，在检测中桩身的波阻抗会出现不均反射的状况，进而保证检测人员可以对基桩的实际状况进行深入的了解。2应力波反射法的基本原理为了更好的运用应力波反射法进行基桩的检测，必须对其原理进行深入的分析，并且逐渐掌握技术的作用机制和操作技巧，进而才能保证技术的实际应用效果。在国内基桩检测中运用的应力波反射法主要是以应力波在桩身中的传播与反射为特征，并且综合了地质学、物理学、土木工程等学科知识的基本理论。应力波反射法的基本原理为：将基桩假设为一个连续弹性的截面，在检测过程中忽略桩周土体对桩身传播应力波的影响[2]。在桩顶施加瞬态脉冲激振力时，由于桩身与桩周土体的波阻抗差异较为悬殊，进而保证大部分应力波能量在桩内进行传播。对于检测中的相关工艺和技术参数主要采用一维杆波动方程进行计算，但是要注意数据采集过程中的科学性、客观性与精确性，尽量控制计算误差。另外，为了保证垂直入射基桩内部的应力波可以顺畅的进行传播，必须进行桩内存在的波阻抗差异界面进行严格的监控和消除，进而促使在检测中形成的反射波和透射波分别沿着桩身进行反向或顺向传播。另外，在基桩的检测中，还要注意对于桩身自身缺陷的严格探查，并且根据反射波的振幅、频率、相位等特性做出准确、科学的判断。

3应力波反射法在基桩检测中的实际应用分析

近年来，随着国内岩土工程建设数量的不断增加，以及工程规模的日趋扩大，都增加了基桩检测的难度，因此，在基桩检测技术的实际应用中，必须对于相关技术、操作与管理问题进行深入的研究和探索，最终形成一套较为完整的基桩检测技术模式。目前，在国内的基桩检测中，应力波反射法的实际应用效果已经得到了普遍的认可，但是仍然不可避免的存在一定的弊端和问题，结合笔者多年的岩土工程监管经验，在其实际应用中应注意以下几点：

3.1采用不同力锤，进一步提高检测的准确性在国内现阶段的基桩检测中，应力波反射法常用的力锤主要包括：自由落锤、手锤和力棒等，各种力锤的规格、型号、性能、质量也存在较大的差异，在实际应用中必须进行严格的选择。为了保证对于不同长度、深度的基桩进行全面的检测，检测单位要在操作前配备不同类型的力锤，以进一步提高检测的准确性[3]。在基桩的实际检测中，应用不同力锤所得出的波形会有所差异，检测人员必须对全部数据进行综合整理与分析，并且运用专业软件进行系统的计算，进而才能得出较为完整、直观、准确的检测结果。

国内相关岩土工程技术资料显示：在应用应力波反射法进行基桩检测时，小锤一般可以测出4-25m范围的桩身缺陷，中锤可以准确测出5-35m范围的桩身缺陷，而大锤则可以有效测出10-55m范围的桩身缺陷信号，因此，在基桩的实际检测中，根据不同类型力锤能量和频率的不同，以及不同位置桩身长度的差异，应科学进行力锤的选择和应用。另外，由于自由落锤、手锤和力棒的材质不同，导致在锤垫厚度方面存在一定的差异，如果不能准确进行选用极有可能影响到敲击力的脉冲宽度，即客观制约了力谱成分。

3.2加强对振荡波形产生原因的分析及消除应用应力波反射法进行基桩检测过程中，由于受到各类因素的影响，经常会出现产生振荡波的现象，最终导致检测结果存在较大的偏差或误差。针对基桩检测中的振荡波问题，检测人员必须对其产生原因进行具体的分析，并且积极采取有效的消除措施[4]。振荡波形产生原因的分析及消除方法主要包括：1）对传感器接收装置的性能进行检查，并且保证接收装置安装位置的准确；2）对于激振能量进行适当的调整，一般情况下以能见桩底反射为前提，尽量减少桩身周围参加振动的土体，以达到减小对波形产生干扰的目的。3.3重视对于测桩盲区的控制进行基桩检测时，测桩盲区过大有可能影响到检测的完整性和精确性，因此，检测人员必须重视对于测桩盲区的有效控制。当桩顶受到锤击或敲击时，锤击能量通常是在桩土系统中进行深度传播，并且产生相应的波动，在压力波遇到桩侧阻力或桩身阻抗变化时都会产生上行的应力反射波。但是在部分基桩的检测中，由于下行的压力波明显大于或等于上行的阻力波，进而导致上行波无法有效反射，出现此类现象的区段则称为测桩盲区。在基桩的实际检测中，一般情况下＜5m的桩长范围或1-1.5D(D为桩直径)内容易产生检测盲区[5]，因此，必须对其进行严格的控制。常规的处理方法为：使用小锤进行多次击振，并且随时进行信号的采集，并且加强对于实心桩的反复测试，要将击振点选择在桩心附近，然后使用大锤敲出桩底反射波，只有合理运用小锤、大锤，才能保证检测人员对于测桩盲区的准确判定。

4结束语

在应用应力波反射法进行基桩完整性的检测时，检测人员不但要熟练掌握各类机械设备的性能和使用方法，而且要加强对于其基本原理的深入研究，进而才能有效解决实际应用中存在的各种弊端和问题，全面提升基桩检测结果的精确性与可靠性。