摘要：低應變反射波法樁身完整性檢測目前是國內普查建筑基樁完整性的常用手段，它是一種基于波動理論的間接檢測技術，理論基礎較先進和實用。本文主要探討反射波法在基樁完整性檢測方面的理論技術和實際應用之間的關系，以及對基樁完整性檢測中常見的部分樁型出現的缺陷情況的特征進行分析和歸納。
　　關鍵詞：基樁完整性檢測；一維波動理論；反射波法；時域分析
　　
　　1.1反射波法的理論基礎
　　反射波法的理論基礎以一維線彈性桿件模型為依據，當激振設備在自由端產生一個應力波，該應力波沿樁身傳播時，遇到樁身材質變化或者不連續界面（如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷和樁底面）時，將產生各種不同的反射波，利用傳感器接收上述的反射波以后，檢測分析反射波的傳播時間、幅值及波形特征，從而判斷基樁的完整性。
　　1.2測試系統組成
　　反射波法低應變動測的信號收集系統主要包括三部分：主機、傳感器、激振系統。
　　1.3反射波法低應變動測的適用范圍
　　反射波法低應變動測的理論基礎是一維波動理論，其應用基礎就是假定基樁為一維彈性桿，應力波在樁身中的傳遞符合平截面假定。所以，反射波法低應變動測只能適用于剛性樁的檢測，基于其理論基礎，檢測樁的長徑比不宜小于5，樁徑不宜大于2米以上，混凝土強度宜大于C15以上。不適用于檢測H型鋼異型樁。
　　1.4.現場條件和地質情況對波形的影響
　　在廣東、長三角等沿海水網密布的地區或者石灰巖地質地帶，有很多地質復雜的地區，各種夾層和淤泥夾雜在一起，溶洞、土洞發育，造成了復雜的地質變化，這些巖土層交界處的阻抗變化非常大，而且經常會有多次的反復，入射波在傳遞的過程中，不但在軟硬突變處產生比較強的反射波而且還會發生多次反射，反射波的疊加導致測得的時域曲線非常的雜亂。對于一些采用泥漿護壁的灌注樁來說，土質軟硬不均、流沙和冒水都容易在施工過程中引起樁徑不規則變化，連續的擴徑縮頸、離析松散并不少見，一些淤泥嚴重的地區灌注樁澆倒混凝土的充盈系數甚至會達到4.0以上，有些樁徑800mm的基樁樁頭卻足足有1500mm，開挖時也可以看到樁身形狀極不規則。所以，軟弱夾層或者淤泥地質大部分都伴隨著灌注樁樁身形狀的不規則，在樁周土和樁身的雙重因素影響下，我們單單依靠低應變動測得到的波形信號并不能保證做出接近實際情況的分類判斷，受現場條件限制，我們最多只能開挖驗證淺層的疑似缺陷，對深層的疑似缺陷無能為力，同樣，由于動測的理論局限性，即使非常有經驗的檢測人員也不能百分百正確的指出缺陷信號是由樁身因素還是由樁周地質情況造成的。這些時候就需要依靠其他的檢測手段和動測信號互相比對、驗證。
　　如圖1-1、1-2，某工程的沖孔灌注樁的波形信號，在5米左右有非常明顯的同向信號，無明顯二次反射。雖然超前鉆資料顯示該樁樁周6米以下有很厚的淤泥層，但同向信號太強烈，被判為三類樁，需要抽芯驗證。隨后的抽芯檢測顯示該樁樁身并沒有重大缺陷，雖然不排除該樁樁身外側可能有檢測不到的缺陷，不過也可以從一個側面證明樁周土阻抗異常變化對動測波形的影響不容忽視。
　　
　　圖1-1某沖孔灌注樁實測波形
　　圖1-2上圖沖孔灌注樁抽芯芯樣
　　1.5樁底巖土對動測的影響
　　好的動測波形信號一般都要求能看到樁底反射，樁底附近的反射波信號既是我們判斷樁長的依據，也可以大概判斷樁底部的施工質量。那么，要形成明顯的樁底反射，理論上要求基樁樁底發生比較大的阻抗變化。樁底反射是基樁完整性分類的重要依據，比如說對于設計要求持力層為微風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樁。
　　分析現場采集回來的波形信號并對基樁進行完整性分類的時候，需要先搞清楚設計要求的持力層是什么。在動測的測量范圍內，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合情況，如果樁底有脫空、沉渣、松散或者樁底巖土強度小于樁身混凝土強度就會出現同向的樁底反射；同理，如果樁底端和強度大于樁身強度的基巖結合良好的話就會出現反向的樁底反射。但并不是所有結構完整的基樁都可以在動測曲線里看到明顯的樁底反射，可以作為基樁持力層的基巖，強度分布范圍非常的大，從10MPa到100MPa都可能存在。因應設計對承載力的設計要求，嵌巖樁的樁底可以嵌固在中風化的泥巖中，也可以嵌固在微風化的花崗巖中。基樁的強度從C20到C80不等，作為人工構筑物，材質肯定是和樁底巖土是不一樣的，不過反射波法動測的入射波只對阻抗變化有反應，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。要依據樁底反射波判斷基樁完整性分類的時候，要先通過設計文件和地質資料，比對樁底持力層巖土和樁身材料的強度，并不是說嵌巖樁的樁底反射必須是反向的。隨著基樁設計強度越來越高，在一些中風化軟質巖地質地區，很多時候都是得不到經典的樁底反射的，即使是樁底施工質量很好的嵌巖樁，樁底附近的波形曲線也會上升到零基線以上，或者干脆是同向反射。這并不能說基樁的樁底有明顯缺陷，會影響到基樁的承載力，最好能在同一地質條件下用其他檢測手段比對驗證結果。
　　
　　圖1-3某人工挖孔樁實測波形
　　如圖1-3，該人工挖孔樁的設計樁身強度為C30，設計持力層為中風化泥巖和炭質頁巖，樁底位置有同向信號，由于該樁屬于第一批被檢測樁，謹慎起見對其進行了抽芯檢測，檢測結果其樁底位置巖土為中風化泥巖、頁巖，樁底混凝土與周圍巖土結合良好。在后期的檢測中也普遍存在樁底同向反射的基樁抽芯結果顯示樁底施工質量良好的情況，表明該工程基樁樁底的輕微同向反射大部分是由于設計樁底持力層巖土強度低于樁身強度造成的，不屬于施工質量問題。
　　除了樁底沉渣、混凝土松散、破碎等造成樁底缺陷，判讀波形曲線的時候還要具體分析樁底巖土的性質，從強度阻抗方面大概判斷樁底是否進入了設計要求的巖土層。每個單項工程的地質情況都有自己的特點，要通過地質資料等手段掌握清楚，不能簡單的依靠經驗和設計資料，有的時候，裂隙發育的石灰巖基巖阻抗也不會太高。
　　如圖1-4，該鉆孔灌注樁由于混凝土泵車輸漿管不夠長，是采用斗車來澆倒混凝土的，而且中間還中斷了一個半小時。
　　由于沖/鉆孔灌注樁都是采用機械清孔，如果施工人員不認真把關或者在一些多砂層等復雜地質條件下，很容易出現樁底缺陷。實際上，樁底的反射波我們可以作為灌注樁完整性分類的重要依據。首先，該類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明應力波的能量沒有在缺陷段過多的損耗，那么樁身出現嚴重缺陷的可能性就沒那么大，在樁身段波形曲線比較雜亂的情況下可以作為分類的重要依據。如圖1-5，該鉆孔灌注樁持力層為微風化石灰巖，被判為三類樁，抽芯檢測結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測波形
　　
　　圖1-5樁底有明顯缺陷的鉆孔灌注樁實測波形
　　沖孔灌注樁最常見的缺陷就是變徑，不一定是簡單的擴徑和縮頸，很多沖孔灌注樁甚至都不能保持圓形的橫截面。在檢測過程中會出現很多奇怪的波形，檢測人員要具備一定的巖土工程知識和樁基施工知識，方便通過地質資料和施工記錄反推波形的形成原因，再通過其他檢測手段的結果比對驗證而找到該場地的地質及成樁規律，而不是被一些假信號所迷惑。
　　一般來說，沖孔灌注樁都是屬于端承型的基樁，由于地質復雜所以判讀波形曲線的時候要特別注意樁底反射。如圖1-6，該樁的樁底已經入巖，基巖為微風化石灰巖，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，對該樁進行抽芯檢測驗證后發現，樁身混凝土質量良好，樁底和基巖結合緊密，不過在樁底60cm左右下發現有溶洞，溶洞深度在1.5m左右，需要灌漿補強。
　　
　　圖1-6在樁底發現溶洞的某沖孔灌注樁實測波形
　　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化石灰巖，低應變動測的實測波形在樁底位置有明顯的同向反射，被判為三類樁。進行抽芯檢測后發現，該樁樁身結構完整，和樁底基巖結合緊密，但是樁底基巖裂隙發育，抽芯得到的巖樣雖然呈柱狀但也很容易解離成碎塊，由于樁底的石灰巖強度很高，沖樁施工時沖樁錘也無法繼續沖下，但是對于低應變動測來說，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測波形
　　
　　圖1-8上圖沖孔灌注樁抽芯檢測樁底處相片
　　
　　6.1結論
　　結合反射波法低應變動測的基礎理論和實踐經驗，得出以下理論：
　　1.反射波法低應變動測具有經濟、高效、適用面廣的特點，能迅速完成工程基樁的大量普查并及時給出大概的工程質量評價，但評價結果需要其他檢測手段綜合驗證，其結果不宜看作最終結果；
　　2.反射波法低應變動測只能對基樁的樁身完整性作出初步的定性評價，目前的技術條件下無法對基樁的承載力作出任何判斷。反射波法低應變動測是在其他的現場資料協助下綜合分析基樁的完整性，沒有理論依據可以利用其結果對其他現場資料諸如基樁樁長、樁身強度等作出準確的反推驗證；
　　3.反射波法低應變動測是建立在一維波動理論的基礎上的一種檢測手段，其模擬計算模型是規則的細長勻質桿。目前國內常用的基樁樁型不論是其材質還是現場條件都和其理論有很大的出入，所以，檢測人員應該清晰的認識到其實際應用中的局限性。所謂的標準波形曲線只有一定的參考意義，不能作為指導標準；
　　4.反射波法低應變動測得到的信號曲線會受到很多外部因素特別是樁周地質條件的影響，有時干擾因素甚至會完全屏蔽樁身本身的應力波傳遞情況，從前面工程實例可以看到，低應變動測在復雜地質地區的檢測效果有限，容易出現誤判和漏判，檢測技術人員在依據波形曲線判斷樁身完整性不應該單純考慮基樁樁身的因素，要結合多方面綜合考慮，因此現場資料的收集和分析不應流于形式；
　　低應變動測發展至今已經相對成熟，不過多年的實踐應用也暴露出很大的局限性，其結果判斷的爭議也越來越大，甚至有從事多年低應變檢測研究的工程技術人員也對低應變檢測信心不足。受其理論基礎的限制，反射波法目前的檢測結果給出的信息有限，但是相關規范給出的分類標準比較籠統，輕微、明顯、嚴重等程度判斷標準難以界定，造成了不同區域甚至不同專業出身的檢測技術人員在結果判斷上的分歧非常的大。作為目前基礎工程中基樁質量控制非常重要的一環，需要大力加強其規范建設，提高入門門檻，完善管理和責任追究制度。