地质条件在低应变反射波法检测中的作用分析

罗传奇

摘 要：低应变反射波法检测拥有着诸如经济、快捷等许多不可替代的优点，是地基基础检测中检测桩身完整性的重要方法。由于低应变反射波检测具有多解性，在实际工作中检测人员往往又容易忽略地质条件对反射波曲线的影响，无形中人为地减小了低应变反射波法检测的准确性。针对这一情况，本文介绍了低应变法检测的基本原理，并结合工程实例分析了地质条件对反射波曲线特征的影响，对低应变反射波法检测工作具有一定的指导意义。

关键词：低应变反射波法；地基基础检测；桩身完整性；地质条件

1、引言

低应变反射波法又叫反射波法，检测目的为探测桩身缺陷及其位置，并根据缺陷类型判定桩身完整性类别，是目前国内外工程检测中最为常见的一种方法[1]。实践表明，地质条件是影响反射波曲线特征的其中一个重要因素，往往检测人员由于不重视工程地质条件，单纯从反射波曲线特征区分析桩身的完整性，将桩看做一个独立体，不能准确判定转身的完整性类别。

2、反射波法检测的基本原理

一维弹性杆件模型是反射波法的理论基础，即假设桩为等截面直杆，桩长远大于桩径，且顶端受激振后1.5倍桩径下杆截面只有纵向变化横向变化很微弱可以忽略，仍保持平面。当应力波在桩身传播时，若桩身存在明显的波阻抗差异界面，将产生反射波，通过分析反射波的频率、波幅、位置、是否有多次反射等，判断缺陷位置并对桩身完整性作出判断[1]。其一维波动方程为： ，式中U为沿应力波传播方向的位移，t

为传播时间，C为传播速度。

3、地质条件对反射波曲线特征影响分析

根据一维波在杆件中的传播规律，反射波曲线是同向反射还是反相反射主要根据公式 来判断，式中n为阻抗比，ρ为桩密

度，C为波速，A1ρ1C1为入射波波阻抗界面，A2ρ2C2为反射波波阻抗界面。当n小于1时，表示应力波由强波阻抗界面进入弱波阻抗界面，反射波曲线呈同相反射；当n等于1时，表示上下界面波阻抗无差异，没有反射波；当n大于1时，表示应力波由弱波阻抗界面进入强波阻抗界面，反射波曲线呈反向反射[2]。

桩进入土中以后，由于桩侧岩土阻力的缘故，较放置在空气中的桩来说，应力波传播过程中会受到桩侧岩土阻力影响，反射波衰减变快，探测的有效深度相对减少，此时曲线形态特征不仅包含了桩身波阻抗差异信息，还包含了桩侧岩土变化的信息。当桩侧岩土存在软硬地层的交界面时，在交界面附近会形成强波阻抗界面，反射波曲线在对应位置上出现类似于缺陷反射的同相反射；对于嵌岩桩，若持力层强度与桩身砼强度相比差异不大或低于桩身砼强度时，阻抗界面差异小，桩底反射便不明显，甚至在桩底位置会出现类似于沉渣的同相反射，因此嵌岩桩桩底反射是同向反射也是正常，需具体分析持力层岩土类别；若桩侧岩土含有砂性土层（颗粒较大的土质）时，成孔过程中包含该类土质的地层在成孔时易掉块甚至塌孔，导致多数钻孔灌注桩反射波曲线均存在扩径现象；由于水与岩土体之间的相互作用会改变岩土体的化学性质或物理性质，使得岩土体的强度发生改变，因此在分析反射波曲线时需考虑地下水的埋深可能对曲线特征造成的影响；施工时在某些地质条件下选择了不适用的成孔方式或桩型，可能导致持力层在钻孔时容易破碎（使得桩底反射在反射波曲线上表现为正反射）等不良情况也需注意。此外，各地层侧摩阻力大小、地层起伏情况等地质条件也同样需要关注。

4、工程实例分析

实例1：某工程基础设计采用钻孔灌注桩，桩径1.0m，桩长24.8m，设计转身砼强度C30，持力层为粉质粘土，利用反射波法对其桩身完整性进行检测。初次检测反射波曲线特征如图1所示，检测员通过其反射波曲线特征（7.9m处严重缺陷反射，15.8m处二次反射明显，无桩底反射）将其桩身完整性初步判定为Ⅲ类。施工单位在与业主单位及监理单位协商后决定采用开挖的方式对其桩身完整性进行验证，开挖深度9.0m。在7.9m左右位置出现桩径先扩大后恢复至正常的情况，扩大尺寸约为原桩径的1.4倍。在将扩大部位凿掉后进行复测，7.9m处同向反射消失，桩底反射明显，为Ⅰ类桩反射波曲线特征。随着该工程桩身完整性检测的深入，多数桩的反射波曲线在8.0m附近均出现同向反射，即该工程反射波曲线特征具有一定的共性。在查阅该工程岩土工程勘察报告时发现该区域地层分布规律为：杂填土，黏土，淤泥，含砾粉质粘土，粉质粘土，其中含砾粉质粘土层厚3.0～4.5m，埋深8.2m。经分析：含砾粉质粘土层属“弱透水层”，在灌注混凝土的时候拔管速度过快，导致含砾粉质粘土层塌孔，桩径扩大。经查阅该工程施工记录，其充盈系数多为1.5左右！

实例2：某工程基础设计采用钻孔灌注桩，桩径0.8m，桩长14.5m，设计转身砼强度C25，持力层为微风化白云岩，利用反射波法对其桩身完整性进行检測。反射波曲线显示桩身长度满足设计要求，波速在正常范围，但是桩底反射为同向反射。通常微风化白云岩属于较硬岩，强度大于本次测试桩的桩身强度，基于此初步判定该桩沉渣较厚，为Ⅲ类桩。经取芯验证，无沉渣，但是作为持力层的微风化白云岩表面布满了裂缝，经测试，抗压强度低于15Mpa，持力层强度不满足设计要求，报与设计单位后，变更了设计桩长。经分析：该区域白云岩分布范围较广，埋深浅，地下水位较高。白云岩在与水的长期作用下溶蚀裂缝较发育[3]，使得其强度下降明显，低于桩身强度，使得桩底反射为同向反射！

5、结论

低应变反射波法主要根据桩身波阻抗差异对对桩身完整性进行检测，其结果具有多解性，反射波曲线不仅包含着桩身波阻抗差异的信息（桩径变化、桩身材料密度变化等），往往还包含着桩侧岩土变化的信息。为更真实反映转身信息，现场采集数据时应根据实际桩长、桩径等桩身参数尝试选择材质不同的力棒、锤击力度、锤击点与探头粘结点之间的距离等，并将施工记录、岩土工程勘察报告等资料收集齐备；在分析反射波法曲线时，不宜单纯地将桩看做一个独立体来分析，而应将地质条件充分考虑进来，有无砂性土（透水层）、有无软地层与硬地层分界点等。此外，还应考虑灌注混凝土是有无护筒、在某种地质条件下所采用的成孔方式可能出现的特殊情况（如塌孔、清孔不彻底导致沉渣偏厚等）等，并参考同种类型的桩在同区域相同或相似的地质情况下反射波曲线特征的共性，综合地分析反射波曲线，更加准确地对桩身完整性做出评价！

参考文献：

[1] JGJ106-2014，建筑基桩检测技术规范[S].

[2] 刘屠梅，赵竹占，等.基桩检测技术与实例[M].

[3] 杜斌山，贺振华，等. 碳酸盐岩溶洞厚度定量预测方法研究与应用[J].地球物理学进展，2012，27（6）：2528-2530.