摘要：从应力波反射法的基本原理入手，着重探讨了桩周土对低应变动测在基桩完整性质量检测中的影响及其其它不确定因素。

　　关键词：应力波反射法；基桩检测；桩周土；完整性

　　1前言

　　在基础工程中，桩基础以其承载力大、地层适应性强、施工方便、造价较低等诸多优点被广泛应用。由于桩基工程是整个工程的基础，它的重要性受到工程界的普遍关注。而基础工程属隐蔽工程，在施工过程中的管理和监督较为困难，而且由于地质情况复杂多变，施工工艺和施工设备及施工技术的参差不齐等诸多因素，造成有的工程桩存在着不同程度的缺陷。这就需要检测桩身的完整性以期保证工程质量，保证工程质量，排除隐患，避免工程质量事故的发生。应力波反射法检测基桩完整性以其经济、快速、轻便、无损、省时、可靠等优点被广泛使用。

　　2应力波反射法基本原理

　　应力波反射法是以一维波动理论为基础，假定桩身为一维弹性杆件，且介质均匀连续；桩侧土是均匀的，桩侧土对桩的作用仅为沿桩身轴向作用的阻尼力。

　　反射波法的基本工作原理是：在桩身顶部进行瞬态竖向激振而产生弹性应力波，该波沿桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗变化的界面(如桩底、断桩和严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波。然后来用速度或加速度传感器进行响应信号接收，最后在计算机上对接收到的信号进行分析处理，识别来自桩身不同部位的反射信息。从而根据这些反射信息，结合其他工程资料，对桩身完整性作出判断。

　　因此，可以将桩假设为一维线弹性杆，根据波动理论，其应力应变关系：

　　根据（1）、（2）知：

　　2．1瞬态激振时域分析法

　　瞬态激振时域分析法是以一维波动理论为基础：

　　式中Z=ρ

　　AC——波阻抗；

　　ρ——桩身质量密度；

　　A——桩的横截面积：

　　(1)当桩体某处波阻抗(Z)减少，ρ1C1A1＞ρ2C2A2，即波从硬材料→软材料。此时，反射波与直达波同相位。例如：基桩桩身存在离析、缩径、夹泥缺陷或嵌岩桩底沉渣较厚，都会出现反射波和直达波同相位。

　　(2)当桩体某处波阻抗(Z)增大，ρ1C1A1＜ρ2C2A2，即波从软材料→硬材料。此时，反射波与入射波同相位。例如：扩径、嵌岩桩桩底反射等波形都属于此类型。

　　从实测的时域曲线和频域曲线中，可以算出桩长或缺陷位置(L)

　　式中C——纵向应力波平均波速；

　　t——从激振开始到反射波至桩顶所需时间。

　　2．2频域分析法

　　频率间隔(Δƒ)、波速(C)、桩长(L)之间的关系：

　　式中E——桩身混凝土弹性模量；

　　ρ——桩身混凝土质量密度。

　　2．3桩身混凝土强度的估计

　　大量测试表明、在完整性桩中混凝土强度等级越高，应力波传播速度越大。强度是混凝土最重要的力学性质，桩身混凝土的抗压强度，标志着桩身能承受上部竖向荷载的大小。混凝土抗压强度高，桩在同样的桩型，桩径条件下，承受上部可传递到桩底的荷载也大。按《混凝土结构设计规范》(CBJl0—89)的有关规定，按标推方法制作的、边长为150mm的立方体试件、养护28d的龄期、用标推试验方法测得的混凝土抗压强度标推值(N／mm2)，以立方体抗压强度标推值划分强度等级。用符号C与立方体抗压强度标推值(N／mm2)表示。

　　对于一个工程的同一批桩来说，虽然是混凝土的强度越高，应力波传播速度也相应的高，但这只是一种定性关系，因为影响混凝土波速的因素很多，如水泥的标号、骨料的种类、颗粒大小、与水的配合比、养护条件、龄期、钢筋含量及位置等有关。因此，可以混凝土强度——波速的测强曲线，根据测定波速值大小来估计混凝土强度等级。

　　3桩身周围土阻力的影响

　　在分析桩的动力响应时，桩周土的影响是个很重要的因素。桩周土阻力是客观存在的，因此可以建立个合理而且有效的桩——土相互模型。

　　由于速度和力的连续性，桩端的人射波Vtoe，i和σtoe，i，反射波Vtoe，r和σtoe，r及透射波V和σ的关系可表示为：

　　根据（8）、（9）得：

　　得用弹性半空间内刚性圆板的力与位移的动力关系：

　　FS=KSuS(11)

　　式中F——为施加在板上的力；

　　uS——为板的位移；

　　KS——为板底土的阻抗以及关系式。

　　式中SP——为桩的截面积。

　　于是，方程（10）可以写成：

　　解上面的方程，可得反射波和透射波信号

　　桩周土阻力在沉桩初期，随着沉桩时间的延长而逐渐增大，则试验得出的波速逐渐减小，反射波的反射次数减少，直到土阻力增大到稳定状态，恢复到固有的阻力为止。在自由情况下，可看到十几次反射波，而刚沉人土中时(此时桩周和桩端土阻力极小)，可看到3次—4次反射波。如果进人正常持力层，桩周土阻力完全发挥，一般只能看到1次—2次反射波，甚至难以看到桩底反射波。说明低应变冲击能量小，所激发桩周土阻力很小，但是桩周土阻力特别是动土阻力对应力波传播的影响非常大，导致应力迅速衰减，使的长桩的桩底反射不明显。因此，对于长桩由于土阻力相对较大而使桩底反射不明显时，宜加大锤击能量，以至于能够检测到桩底反射，达到推确判析桩身完整性的目的。在实际工程中应注意排除由于土阻力突变的地层交界造成的实测波形产生规律性变异的因素；以避免将此种变异误判为桩身缺陷，可以通过少量开挖验证，找出规律。

　　4结语

　　反射波法动力测桩，以其测点广、经济、快捷、无损等诸多优点，成为目前人们所公认的桩基质量检测的有效方法，但也存在着缺点和不足。如桩径逐渐增大、桩径逐渐减小、弯曲形状、小的夹杂物、外层有局部脱落、残渣等，就无法达到检测到缺陷的目的。由于发射波法所得到的桩头实测波形曲线：不仅反映桩身阻抗变化情况；它还桩周土的变化信息。所以，在基桩质量评价时，应以实测波形曲线为基础，判断桩身结构完整性情况，由计算的桩身混凝土波速与该工程正常桩波速相比是否接近、换算的混凝土强度是否满足工程需要，分析缺陷对承载力的影响程度。在实测波形曲线复杂情况下，也不妨采用其他动测方法进行检验，有时还可以进一步进行开挖验证、声波测试、钻探取芯等措施，甚至进行静荷载检验基础是否满足承载力的设计要求。广大从事基桩低应变动测的检测人员，应结合本地区的实际情况：进行总结积累，要使低应变动力测桩技术在某些方面加以完善(如基桩的实测反射波曲线由定性的描述转变为定量的表示)，提高基桩工程质量检验的精度。