摘要：低應(yīng)變反射波法樁身完整性檢測(cè)目前是國(guó)內(nèi)普查建筑基樁完整性的常用手段，它是一種基于波動(dòng)理論的間接檢測(cè)技術(shù)，理論基礎(chǔ)較先進(jìn)和實(shí)用。本文主要探討反射波法在基樁完整性檢測(cè)方面的理論技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用之間的關(guān)系，以及對(duì)基樁完整性檢測(cè)中常見(jiàn)的部分樁型出現(xiàn)的缺陷情況的特征進(jìn)行分析和歸納。
　　關(guān)鍵詞：基樁完整性檢測(cè)；一維波動(dòng)理論；反射波法；時(shí)域分析
　　
　　1.1反射波法的理論基礎(chǔ)
　　反射波法的理論基礎(chǔ)以一維線彈性桿件模型為依據(jù)，當(dāng)激振設(shè)備在自由端產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力波，該應(yīng)力波沿樁身傳播時(shí)，遇到樁身材質(zhì)變化或者不連續(xù)界面（如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷和樁底面）時(shí)，將產(chǎn)生各種不同的反射波，利用傳感器接收上述的反射波以后，檢測(cè)分析反射波的傳播時(shí)間、幅值及波形特征，從而判斷基樁的完整性。
　　1.2測(cè)試系統(tǒng)組成
　　反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)的信號(hào)收集系統(tǒng)主要包括三部分：主機(jī)、傳感器、激振系統(tǒng)。
　　1.3反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)的適用范圍
　　反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)的理論基礎(chǔ)是一維波動(dòng)理論，其應(yīng)用基礎(chǔ)就是假定基樁為一維彈性桿，應(yīng)力波在樁身中的傳遞符合平截面假定。所以，反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)只能適用于剛性樁的檢測(cè)，基于其理論基礎(chǔ)，檢測(cè)樁的長(zhǎng)徑比不宜小于5，樁徑不宜大于2米以上，混凝土強(qiáng)度宜大于C15以上。不適用于檢測(cè)H型鋼異型樁。
　　1.4.現(xiàn)場(chǎng)條件和地質(zhì)情況對(duì)波形的影響
　　在廣東、長(zhǎng)三角等沿海水網(wǎng)密布的地區(qū)或者石灰?guī)r地質(zhì)地帶，有很多地質(zhì)復(fù)雜的地區(qū)，各種夾層和淤泥夾雜在一起，溶洞、土洞發(fā)育，造成了復(fù)雜的地質(zhì)變化，這些巖土層交界處的阻抗變化非常大，而且經(jīng)常會(huì)有多次的反復(fù)，入射波在傳遞的過(guò)程中，不但在軟硬突變處產(chǎn)生比較強(qiáng)的反射波而且還會(huì)發(fā)生多次反射，反射波的疊加導(dǎo)致測(cè)得的時(shí)域曲線非常的雜亂。對(duì)于一些采用泥漿護(hù)壁的灌注樁來(lái)說(shuō)，土質(zhì)軟硬不均、流沙和冒水都容易在施工過(guò)程中引起樁徑不規(guī)則變化，連續(xù)的擴(kuò)徑縮頸、離析松散并不少見(jiàn)，一些淤泥嚴(yán)重的地區(qū)灌注樁澆倒混凝土的充盈系數(shù)甚至?xí)�達(dá)到4.0以上，有些樁徑800mm的基樁樁頭卻足足有1500mm，開(kāi)挖時(shí)也可以看到樁身形狀極不規(guī)則。所以，軟弱夾層或者淤泥地質(zhì)大部分都伴隨著灌注樁樁身形狀的不規(guī)則，在樁周土和樁身的雙重因素影響下，我們單單依靠低應(yīng)變動(dòng)測(cè)得到的波形信號(hào)并不能保證做出接近實(shí)際情況的分類(lèi)判斷，受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，我們最多只能開(kāi)挖驗(yàn)證淺層的疑似缺陷，對(duì)深層的疑似缺陷無(wú)能為力，同樣，由于動(dòng)測(cè)的理論局限性，即使非常有經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)人員也不能百分百正確的指出缺陷信號(hào)是由樁身因素還是由樁周地質(zhì)情況造成的。這些時(shí)候就需要依靠其他的檢測(cè)手段和動(dòng)測(cè)信號(hào)互相比對(duì)、驗(yàn)證。
　　如圖1-1、1-2，某工程的沖孔灌注樁的波形信號(hào)，在5米左右有非常明顯的同向信號(hào)，無(wú)明顯二次反射。雖然超前鉆資料顯示該樁樁周6米以下有很厚的淤泥層，但同向信號(hào)太強(qiáng)烈，被判為三類(lèi)樁，需要抽芯驗(yàn)證。隨后的抽芯檢測(cè)顯示該樁樁身并沒(méi)有重大缺陷，雖然不排除該樁樁身外側(cè)可能有檢測(cè)不到的缺陷，不過(guò)也可以從一個(gè)側(cè)面證明樁周土阻抗異常變化對(duì)動(dòng)測(cè)波形的影響不容忽視。
　　
　　圖1-1某沖孔灌注樁實(shí)測(cè)波形
　　圖1-2上圖沖孔灌注樁抽芯芯樣
　　1.5樁底巖土對(duì)動(dòng)測(cè)的影響
　　好的動(dòng)測(cè)波形信號(hào)一般都要求能看到樁底反射，樁底附近的反射波信號(hào)既是我們判斷樁長(zhǎng)的依據(jù)，也可以大概判斷樁底部的施工質(zhì)量。那么，要形成明顯的樁底反射，理論上要求基樁樁底發(fā)生比較大的阻抗變化。樁底反射是基樁完整性分類(lèi)的重要依據(jù)，比如說(shuō)對(duì)于設(shè)計(jì)要求持力層為微風(fēng)化巖層的嵌巖灌注樁，如果樁底反射是明顯同相的話足以判其為三類(lèi)樁。
　　分析現(xiàn)場(chǎng)采集回來(lái)的波形信號(hào)并對(duì)基樁進(jìn)行完整性分類(lèi)的時(shí)候，需要先搞清楚設(shè)計(jì)要求的持力層是什么。在動(dòng)測(cè)的測(cè)量范圍內(nèi)，樁底反射能比較直觀的反映基樁的樁底端和樁底巖土的結(jié)合情況，如果樁底有脫空、沉渣、松散或者樁底巖土強(qiáng)度小于樁身混凝土強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)同向的樁底反射；同理，如果樁底端和強(qiáng)度大于樁身強(qiáng)度的基巖結(jié)合良好的話就會(huì)出現(xiàn)反向的樁底反射。但并不是所有結(jié)構(gòu)完整的基樁都可以在動(dòng)測(cè)曲線里看到明顯的樁底反射，可以作為基樁持力層的基巖，強(qiáng)度分布范圍非常的大，從10MPa到100MPa都可能存在。因應(yīng)設(shè)計(jì)對(duì)承載力的設(shè)計(jì)要求，嵌巖樁的樁底可以嵌固在中風(fēng)化的泥巖中，也可以嵌固在微風(fēng)化的花崗巖中。基樁的強(qiáng)度從C20到C80不等，作為人工構(gòu)筑物，材質(zhì)肯定是和樁底巖土是不一樣的，不過(guò)反射波法動(dòng)測(cè)的入射波只對(duì)阻抗變化有反應(yīng)，所以樁底巖土和樁底混凝土的阻抗差異決定了樁底反射波。要依據(jù)樁底反射波判斷基樁完整性分類(lèi)的時(shí)候，要先通過(guò)設(shè)計(jì)文件和地質(zhì)資料，比對(duì)樁底持力層巖土和樁身材料的強(qiáng)度，并不是說(shuō)嵌巖樁的樁底反射必須是反向的。隨著基樁設(shè)計(jì)強(qiáng)度越來(lái)越高，在一些中風(fēng)化軟質(zhì)巖地質(zhì)地區(qū)，很多時(shí)候都是得不到經(jīng)典的樁底反射的，即使是樁底施工質(zhì)量很好的嵌巖樁，樁底附近的波形曲線也會(huì)上升到零基線以上，或者干脆是同向反射。這并不能說(shuō)基樁的樁底有明顯缺陷，會(huì)影響到基樁的承載力，最好能在同一地質(zhì)條件下用其他檢測(cè)手段比對(duì)驗(yàn)證結(jié)果。
　　
　　圖1-3某人工挖孔樁實(shí)測(cè)波形
　　如圖1-3，該人工挖孔樁的設(shè)計(jì)樁身強(qiáng)度為C30，設(shè)計(jì)持力層為中風(fēng)化泥巖和炭質(zhì)頁(yè)巖，樁底位置有同向信號(hào)，由于該樁屬于第一批被檢測(cè)樁，謹(jǐn)慎起見(jiàn)對(duì)其進(jìn)行了抽芯檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果其樁底位置巖土為中風(fēng)化泥巖、頁(yè)巖，樁底混凝土與周?chē)鷰r土結(jié)合良好。在后期的檢測(cè)中也普遍存在樁底同向反射的基樁抽芯結(jié)果顯示樁底施工質(zhì)量良好的情況，表明該工程基樁樁底的輕微同向反射大部分是由于設(shè)計(jì)樁底持力層巖土強(qiáng)度低于樁身強(qiáng)度造成的，不屬于施工質(zhì)量問(wèn)題。
　　除了樁底沉渣、混凝土松散、破碎等造成樁底缺陷，判讀波形曲線的時(shí)候還要具體分析樁底巖土的性質(zhì)，從強(qiáng)度阻抗方面大概判斷樁底是否進(jìn)入了設(shè)計(jì)要求的巖土層。每個(gè)單項(xiàng)工程的地質(zhì)情況都有自己的特點(diǎn)，要通過(guò)地質(zhì)資料等手段掌握清楚，不能簡(jiǎn)單的依靠經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)資料，有的時(shí)候，裂隙發(fā)育的石灰?guī)r基巖阻抗也不會(huì)太高。
　　如圖1-4，該鉆孔灌注樁由于混凝土泵車(chē)輸漿管不夠長(zhǎng)，是采用斗車(chē)來(lái)澆倒混凝土的，而且中間還中斷了一個(gè)半小時(shí)。
　　由于沖/鉆孔灌注樁都是采用機(jī)械清孔，如果施工人員不認(rèn)真把關(guān)或者在一些多砂層等復(fù)雜地質(zhì)條件下，很容易出現(xiàn)樁底缺陷。實(shí)際上，樁底的反射波我們可以作為灌注樁完整性分類(lèi)的重要依據(jù)。首先，該類(lèi)灌注樁特別是大直徑的灌注樁很多都是屬于嵌巖樁，嵌巖效果直接影響到基樁承載力的發(fā)揮；其次，入射波在樁身中傳遞，可以得到明顯的樁底反射就說(shuō)明應(yīng)力波的能量沒(méi)有在缺陷段過(guò)多的損耗，那么樁身出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷的可能性就沒(méi)那么大，在樁身段波形曲線比較雜亂的情況下可以作為分類(lèi)的重要依據(jù)。如圖1-5，該鉆孔灌注樁持力層為微風(fēng)化石灰?guī)r，被判為三類(lèi)樁，抽芯檢測(cè)結(jié)果顯示該樁樁底和持力層之間有松散。
　　
　　 圖1-4澆倒混凝土中斷的鉆孔灌注樁實(shí)測(cè)波形
　　
　　圖1-5樁底有明顯缺陷的鉆孔灌注樁實(shí)測(cè)波形
　　沖孔灌注樁最常見(jiàn)的缺陷就是變徑，不一定是簡(jiǎn)單的擴(kuò)徑和縮頸，很多沖孔灌注樁甚至都不能保持圓形的橫截面。在檢測(cè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多奇怪的波形，檢測(cè)人員要具備一定的巖土工程知識(shí)和樁基施工知識(shí)，方便通過(guò)地質(zhì)資料和施工記錄反推波形的形成原因，再通過(guò)其他檢測(cè)手段的結(jié)果比對(duì)驗(yàn)證而找到該場(chǎng)地的地質(zhì)及成樁規(guī)律，而不是被一些假信號(hào)所迷惑。
　　一般來(lái)說(shuō)，沖孔灌注樁都是屬于端承型的基樁，由于地質(zhì)復(fù)雜所以判讀波形曲線的時(shí)候要特別注意樁底反射。如圖1-6，該樁的樁底已經(jīng)入巖，基巖為微風(fēng)化石灰?guī)r，有明顯的反向反射，但是其樁底反射后有比較寬范圍的同向反射波形，對(duì)該樁進(jìn)行抽芯檢測(cè)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，樁身混凝土質(zhì)量良好，樁底和基巖結(jié)合緊密，不過(guò)在樁底60cm左右下發(fā)現(xiàn)有溶洞，溶洞深度在1.5m左右，需要灌漿補(bǔ)強(qiáng)。
　　
　　圖1-6在樁底發(fā)現(xiàn)溶洞的某沖孔灌注樁實(shí)測(cè)波形
　　也有一些比較特殊的情況，如圖1-7、1-8，該樁的持力層為微風(fēng)化石灰?guī)r，低應(yīng)變動(dòng)測(cè)的實(shí)測(cè)波形在樁底位置有明顯的同向反射，被判為三類(lèi)樁。進(jìn)行抽芯檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，該樁樁身結(jié)構(gòu)完整，和樁底基巖結(jié)合緊密，但是樁底基巖裂隙發(fā)育，抽芯得到的巖樣雖然呈柱狀但也很容易解離成碎塊，由于樁底的石灰?guī)r強(qiáng)度很高，沖樁施工時(shí)沖樁錘也無(wú)法繼續(xù)沖下，但是對(duì)于低應(yīng)變動(dòng)測(cè)來(lái)說(shuō)，基巖的阻抗是急劇下降的。
　　
　　圖1-7某樁底有明顯同向反射的沖孔灌注樁實(shí)測(cè)波形
　　
　　圖1-8上圖沖孔灌注樁抽芯檢測(cè)樁底處相片
　　
　　6.1結(jié)論
　　結(jié)合反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，得出以下理論：
　　1.反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)具有經(jīng)濟(jì)、高效、適用面廣的特點(diǎn)，能迅速完成工程基樁的大量普查并及時(shí)給出大概的工程質(zhì)量評(píng)價(jià)，但評(píng)價(jià)結(jié)果需要其他檢測(cè)手段綜合驗(yàn)證，其結(jié)果不宜看作最終結(jié)果；
　　2.反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)只能對(duì)基樁的樁身完整性作出初步的定性評(píng)價(jià)，目前的技術(shù)條件下無(wú)法對(duì)基樁的承載力作出任何判斷。反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)是在其他的現(xiàn)場(chǎng)資料協(xié)助下綜合分析基樁的完整性，沒(méi)有理論依據(jù)可以利用其結(jié)果對(duì)其他現(xiàn)場(chǎng)資料諸如基樁樁長(zhǎng)、樁身強(qiáng)度等作出準(zhǔn)確的反推驗(yàn)證；
　　3.反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)是建立在一維波動(dòng)理論的基礎(chǔ)上的一種檢測(cè)手段，其模擬計(jì)算模型是規(guī)則的細(xì)長(zhǎng)勻質(zhì)桿。目前國(guó)內(nèi)常用的基樁樁型不論是其材質(zhì)還是現(xiàn)場(chǎng)條件都和其理論有很大的出入，所以，檢測(cè)人員應(yīng)該清晰的認(rèn)識(shí)到其實(shí)際應(yīng)用中的局限性。所謂的標(biāo)準(zhǔn)波形曲線只有一定的參考意義，不能作為指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)；
　　4.反射波法低應(yīng)變動(dòng)測(cè)得到的信號(hào)曲線會(huì)受到很多外部因素特別是樁周地質(zhì)條件的影響，有時(shí)干擾因素甚至?xí)�完全屏蔽樁身本身的�?yīng)力波傳遞情況，從前面工程實(shí)例可以看到，低應(yīng)變動(dòng)測(cè)在復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)的檢測(cè)效果有限，容易出現(xiàn)誤判和漏判，檢測(cè)技術(shù)人員在依據(jù)波形曲線判斷樁身完整性不應(yīng)該單純考慮基樁樁身的因素，要結(jié)合多方面綜合考慮，因此現(xiàn)場(chǎng)資料的收集和分析不應(yīng)流于形式；
　　低應(yīng)變動(dòng)測(cè)發(fā)展至今已經(jīng)相對(duì)成熟，不過(guò)多年的實(shí)踐應(yīng)用也暴露出很大的局限性，其結(jié)果判斷的爭(zhēng)議也越來(lái)越大，甚至有從事多年低應(yīng)變檢測(cè)研究的工程技術(shù)人員也對(duì)低應(yīng)變檢測(cè)信心不足。受其理論基礎(chǔ)的限制，反射波法目前的檢測(cè)結(jié)果給出的信息有限，但是相關(guān)規(guī)范給出的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)比較籠統(tǒng)，輕微、明顯、嚴(yán)重等程度判斷標(biāo)準(zhǔn)難以界定，造成了不同區(qū)域甚至不同專(zhuān)業(yè)出身的檢測(cè)技術(shù)人員在結(jié)果判斷上的分歧非常的大。作為目前基礎(chǔ)工程中基樁質(zhì)量控制非常重要的一環(huán)，需要大力加強(qiáng)其規(guī)范建設(shè)，提高入門(mén)門(mén)檻，完善管理和責(zé)任追究制度。