一、適用范圍
1.低應變反射波法是目前國內外使用最廣泛的一種基樁無損檢測方法，它籍一維彈性波動理論對實測樁頂速度或加速度響應信號的時、頻域特征來分析判定被檢樁的樁身完整性，其中包括樁身存在的缺陷位置及其影響程度、樁端與持力層的結合狀況。
根據一維彈性桿件波動理論，對由樁頂錘擊產生的下行壓縮波來說，當樁身某處波阻抗發(fā)生變化時將產生上行反射波。從廣義講，在某一樁截面處波阻抗的降低，則表現為反射波與入射波的相位相同，如夾波、離析、縮徑甚至斷裂等；反之則表現為相位相反，如擴徑等，因此，僅僅通過反射波的相位特征來判定樁身缺陷的具體類型具有一定的困難。另外，盡管目前國內外一些研究單位和廠家推出的反射波時域曲線擬合軟件，但對樁身及其受地基土的作用難以給出可信度較高的定量分析結果，只能采用近似模擬方法。因此，本辦法在應用中尚需結合巖土給出地質合施工技術資料，通過綜合分析來對樁身和樁端存在的缺陷及其類型和影響程度作出定性判定。
2.由于其樁身反射信號復雜和樁端反射不易識別，依據一維桿件中的彈性波理論，本辦法即不能應用于水泥土樁等非剛性材料樁，也不能用于混凝土竹節(jié)樁等異型剛性材料樁。
3.在樁頂受到低能量錘擊的作用下，低應變彈性波在樁中傳播至樁端，并反射回樁頂被傳感器所接受。人們既可利用時域信號中的樁端反射時間來計算波在樁中的傳播速度，也可利用該場地被檢樁的平均波速來估算樁的長度。但由于樁身材料和地基土的阻尼及輻射阻尼效應，波的能量將隨著傳播距離的曾大而衰減，當被檢樁超過一定的長度后，不易側得清晰易辯的深部樁身缺陷和樁端反射波，因此本辦法檢測受到了一定的限制。另外，樁端反射波的可辯性除受樁的長徑比控制外，還與樁側土的彈性模量或波速的高低密切相關，故新規(guī)程未對樁的長徑比做具體的定量規(guī)定。
對于嵌巖樁，由于樁端嵌入基巖之中，往往存在有樁材料與基巖廣義波阻抗相接近的情況，使得在時域曲線上樁端反射不明顯或基本無法識別，這時就應結合巖土工程勘察資料和實測時域曲線來判斷樁端嵌固情況。
二、檢測儀器與設備
1.基樁動側儀是用于沖擊或震動荷載作用下，對工程樁的樁身質量進行測試分析的儀器，應具備蹭益高、噪音低、頻帶寬的特點。提到的放大增益應大于60dB，折合到輸入端的噪音低于3 dB的要求。
2.傳感器是安裝在被檢樁頂面用以接受樁身和樁端反射波信號的重要器件，其性能評價的主要指標為頻響特性、穩(wěn)定性、量程、靈敏度等。速度傳感器由于生產工藝等方面的原因，其高頻響應受到限制，動測時傳感器的安裝剛度會導致強烈的諧振，使傳感器的可測范圍變窄而影響檢測效果。目前基樁動測所使用的傳感器主要是壓電式加速度傳感器，它無論從頻響還是輸出特性方面均有較大的優(yōu)點，更適合與低應變反射波法測樁。
3.激振設備的材料及激振能量應綜合考慮到被檢樁的類型及檢測目的。當檢測短樁或樁身淺部缺陷時，沖擊脈沖的有效高頻分量宜選擇2kHz左右，采用剛性好且脈沖寬度在1ms左右的鐵錘，或銅錘激振，便可滿足檢測要求。若采用輕捶激發(fā)高頻信號檢測樁土阻尼大的長樁或大直徑樁，則樁身深部缺陷或樁端反射信號必然太弱，其真實信號將被噪聲所淹沒，因此一般采用數十至數百千克質量的力棒和鐵球激振，其產生的波能量大、脈沖寬、衰減小、反射強，以便正確的判別樁身的完整性和樁端的質量狀態(tài)。
三、現場檢測技術
1.被檢樁頂面條件的好壞直接影響著測試信號的質量和對樁身完整性判定的準確性，因此，要求被檢樁頂面的混凝土質量、截面尺寸應與樁身設計條件的基本相同。由于混凝土灌注樁在灌注中樁頂或多或少存在一些低強度的浮漿，將直接影響到傳感器的安裝以及錘擊所產生的彈性波在樁頂部位的傳播，因此檢測前必須予以清理干凈，以露出堅硬的混凝土表面為準，檢測前將被檢樁頂部與相連的墊層或承臺斷開，避免因墊層或承臺造成波的散射使實測波形復雜化，影響對被檢樁完整性得分析和判斷。
混凝土灌注樁成樁后過早地對其盡享低應變動測，將會因樁身混凝土強度低造成波速明顯偏低及樁身內部材料阻尼和樁側土的輻射阻尼偏高，因此難以得到清晰易辯的深部缺陷和樁端反射信號，從而不能滿足測試條件要求，混凝土灌注樁的檢測宜在成樁14天后進行。對于打入或靜壓式混凝土預制樁，大部分采用接樁的形式。在同一承臺相鄰承臺的打樁或壓樁過程中，會對周圍產生不同程度的擠土影響，嚴重的將會引起土體隆起或接樁部位脫焊，因此，應在樁基施工完后再進行完整性檢測。
2.為了能獲得高質量檢測信號，對傳感器的安裝提出了具體要求；傳感器越輕，與樁頂表面安裝的越貼近，接觸剛度越大，所側得的振動信號越接近于樁頂表面的質點振動信號，因此，傳感器的安裝技巧以及粘合劑的合理選擇在現場檢測工作中至關重要。稠度低的黃油、油性橡皮泥、粘性低的口香糖、顆粒粗的粘土以及調得過干或過稀的石膏均不能使用，更不得采用受按住傳感器的方法景象檢測，避免由此產生實測信號的嚴重寄生振蕩而不能真實地反映樁身質量的實際信息。特別應該提出的是，傳感器應在原理鋼筋籠主筋處安裝，以減少外露主筋振動或晃動對測試信號產生干擾。當確認周圍鋼筋籠對信號存在干擾時，應將鋼筋截除后再進行檢測。
對于直徑大且樁身短的混凝土灌注樁，要求在樁中心激振，而將傳感器安裝于樁的1/2-2/3半徑處，是因為此處由激振引起的表面波從樁側來回反射產生的干擾信號為最小；而規(guī)定測點數隨被檢樁直徑的增大而增多，主要是為了避免樁頂面材料不均勻所產生的不利影響及樁身可能存在局部缺陷的遺漏。
在這里特別應指出的是，由于公路工程基樁的直徑一般較大，在測試分析中應充分考慮到傳感器和激振點之間的距離給波速計算帶來的誤差。根據近年來許多學者的研究表明，當傳感器和激振點距離大于200mm時，存在實測時差?T''。以一根直徑為1500mm,長度為12.6m，混凝土強度等級為C25的鉆孔灌注樁為例，當取傳感器與激振點間距離為300mm，400mm，500mm，600mm時，實測時差分別為0.1ms，0.2ms，0.35ms和0.5 ms，也就是說波速分別提高了1.4%，2.8%，5.0%和7.3%，相應的缺陷位置的計算深度也分別提高了0.17m，0.34m，0.60m，和0.85m。因此，當激振點與接收點距離大于200 mm時，實測波速和缺陷位置應進行修正。時差?T''可以通過計算兩次S<200mm時實測時程之差來求得。
3.用錘擊方式激振時，可以通過改變激振錘的重量及錘頭材料，來改變初始入射波的脈沖寬度或頻率成分。剛度較小的重錘，入射波脈沖較寬，含低頻成分較多，加上激振能量較大，彈性波衰減較慢，適合于獲取樁長深部缺陷或樁端反射信號；剛度較大的輕錘，入射波脈沖較窄，高頻成分較多，若激振能量較小，更適合于樁身淺部缺陷的識別及定位。
4.隨著樁徑的增大，樁身混凝土在截面和深度方向上的不均勻性均會增加，樁淺部的阻抗變化往往表現明顯的方向性，增加樁頂測點的數量，可以使檢測結果更全面地反映出樁身完整性的整體情況；新規(guī)程規(guī)定在每個測點重復檢測次數不宜少于3次，旨在確認檢測信號的一至性并提高有效信號的信噪比；應合理地選擇測試系統(tǒng)尤其是傳感器的量程范圍，避免其過載削波而影響檢測分析結果。
四、檢測數據分析與判定
目前用低應變反射波法判別樁身完整性，主要是以時域波形為主、頻域分析為輔。解釋時域波形的先決條件是其含有樁身以及樁端質量信息的響應，這樣才能正確地分析樁身的缺陷、求取樁身的波速以及估算樁身的強度是否符合設計要求。
由于多種干擾成分的存在，時域信號通常須采用濾波和平滑處理來突出其中的有效信息，而不恰當的濾波往往會導致漏判和波形畸變。當時域信號一致差或干擾嚴重時，可結合頻域曲線相鄰諧振峰所對應的頻率差來進行缺陷估判。
為了判斷被檢樁的質量和推算缺陷的位置，首先應利用一定數量完整樁的反射波波形獲取同一工地的樁身波速平均值。應該指出的是，雖然樁身波速與混凝土強度等級之間有一定的相關性（混凝土強度高，則其波速相對也高），但由于混凝土的集料、砂粒成分、粒徑、水灰比以及成樁工藝等多種影響因素，其規(guī)律各不相同，至今仍未找出混凝土強度與波速二者之間普通適用且可靠的定量關系，因此，新規(guī)程沒有規(guī)定用實測樁身波速來推算混凝土材料強度的具體方法。
同一工地完整樁樁身波速平均值的準確取值，是檢測分析樁身質量和樁身缺陷的可靠前提。當某根樁露出地面且具有一定高度時，可沿樁長方向且滿足量測精度要求的間隔距離安置兩個振動傳感器，測出該樁段的波速值，并可作為該樁波速的參考取值；當無法獲取本工地實測樁身平均波速時，可按類似工程的檢測數據或經驗取值初步分析判定被檢樁的樁身缺陷。
用實測信號的頻譜曲線輔助分析被檢樁的完整性時，當樁側土與樁身材料彈性模量或波速比差別較大時，會使樁端第一與第二諧振峰的頻率明顯的比后續(xù)的偏小，導致所計算出的樁身波速與時域法計算的結果不一致。因此，式Ci=2L×△f(Ci-第i根樁的樁身波速計算值m/s;L-完整樁樁長m;△f-幅頻曲線樁端相鄰諧振峰間的頻差Hz，計算時不宜取第一與第二峰)中的△f一般不宜有樁端第一與第二諧振峰的頻率來計算，而應盡可能地采用更高階的相鄰諧振峰頻率。
對樁身時域反射信號進行分析時。位于淺部、中部樁身截面阻抗突變型的段樁、嚴重離析和縮徑等缺陷是容易識別的。而實際工程中，往往由于工程地質條件和施工工藝的原因，樁身某處沿深度會逐漸緩慢的增大或縮小，在某一深度處又以突變的方式恢復到設計尺寸。實測信號對緩變截面變化的反應不甚敏感，而對突變型截面變化反應敏感，因此容易將突變特征信號造成對樁身的質量類別的誤判，對此必須引起注意。
對于公路工程中大量使用的嵌巖灌注樁，從理論上講可以用低應變反射波法有效地檢測出樁端的嵌巖質量，既在樁端波形呈反相反射時，則認為嵌巖狀況良好，反之則認為在樁端處存在低劣混凝土或沉渣的可能性較大，或者存在較弱夾層或巖溶孔洞等。實際檢測中，當嵌巖樁樁端出現較強的同相反射波，應采用頻域曲線的嵌固系數輔助分析，結合巖土工程勘察和施工資料進行綜合判斷，必要時采用其他有效的方法進行核檢，以確保樁基礎工程使用的安全性。
判別I類型的重要標準是實測時域信號規(guī)則和樁端反射清晰易辯，振幅諧相鄰峰間隔△f基本相等，同時滿足△f =c/2L。另外應指出的是，在分析樁的時域信號時，可能存在的反射波應區(qū)分出是由樁身波阻抗變化或缺陷引起的還是由樁側土的分層交界面引起的。一般來說若樁身截面和質量沿深度方向的均勻性好，則由樁側土分層交界面引起的反射波是不強烈的。因此，在分析中應綜合考慮多方面的因素，以避免將完整樁誤判為缺陷樁。
由于工程地質或施工工藝等原因，有些樁在時域曲線中反映為反向的擴徑特征，甚至可見到二次同相反射，并且從施工記錄中得到驗證，次類樁一般不應視為有缺陷，應判為基本完整的II類樁。
對于缺陷樁，其實測時域波形和頻域曲線均呈現出一定程度的復雜性，當樁身截面形狀和材料均勻性沿深度的變化嚴重時更是如此。判別樁身存在嚴重缺陷的主要依據是在實測時域波形上樁身某處的反射波強烈，并拌有多次反射，一般情況無法識別樁端反射信號。
從實際工程應用角度來說，當一個缺陷的類型、位置及其嚴重程度均被較為準確地判定后，它對樁的工程性狀會產生怎么樣的影響以及如何處理的問題也就相對地容易解決了。本辦法對被檢樁的質量類型進行判定，目的就是為了向工程設計人員提供樁身缺陷的一個綜合影響評判指標。然而，由于低應變反射波法固有的局限性，現實尚難以較為準確地檢測出缺陷的類型及其嚴重程度，因而新規(guī)程對樁身質量類型的判定結合仍具有一定程度的不確定性，在工程應用中對此應予以注意。
對樁身反射信號，有的是真正的樁身缺陷，但也有的是由土層分層介面和樁身結構產生。從目前的工程實踐來看，僅運用本方法較為準確地判定出引起樁身反射的確切原因還是有一定的困難。目前通常是根據反射波信號峰值的大小來判定樁身缺陷的程度，它除受缺陷程度高低的影響外，還與樁側土性質及缺陷所處的深度有關，相同程度的缺陷因樁測土性或埋深不同，其反射波峰值的大小存在明顯的差異，因此，如何正確判定樁身缺陷的嚴重程度并確定屬何類質量的樁，應仔細認真對照設計樁型、工程地質條件和施工情況等進行綜合分析判斷。不僅如此，缺陷樁的類別劃分還應結合基礎和上部結構型式對樁的沉降和承載力的要求，考慮樁身缺陷引發(fā)樁身結構破壞可能性的大小，不宜單憑測試信號定論。如果對缺陷程度和質量類別的判別確有困難，除了進行復測以確認曲線的真實性外，還應及時與委托單位聯(lián)系，以采用其他有效方法進一步驗證。
本方法依據時域曲線的樁端反射時間和已知樁長開估算整樁的混凝土波速，或采用樁身波速平均值來估算某一根樁的樁長并判定是否達到設計要求。盡管某一波速平均值不能代表工地中某一根樁的真實波速，但對樁型和施工工藝相同的、同一工地中的一批樁，用波速平均值估算樁長并作為判定是否達到設計要求是目前較為簡便且較為可信的方法。在公路橋梁的施工中，尤其是嵌巖樁實際樁長的評估尤為重要。因此，在檢測中發(fā)現樁長估算值與設計樁長明顯不符時，必須盡享復測直至采用鉆孔取芯法在樁身混凝土中取芯驗證。
參考文獻：
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