一、前言

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國工程建設(shè)項(xiàng)目日益增多，工程樁的應(yīng)用越來越普及，因此基樁質(zhì)量的檢測(cè)越來越重要。作為基樁完整性檢測(cè)的常規(guī)手段，低應(yīng)變反射波法在我國有多年的發(fā)展歷史并已納入國家的規(guī)范，由于此種方法具有野外數(shù)據(jù)采集快速、方便；測(cè)試資料分析簡(jiǎn)單、精確；費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此其被眾多的檢測(cè)單位所采納與使用。我通過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)這種方法在實(shí)際應(yīng)用中存在許多問題應(yīng)引起注意和重視，否則將對(duì)基樁完整性檢測(cè)的效果產(chǎn)生較大的影響。

二、低應(yīng)變反射波法的基本原理

　　低應(yīng)變反射波法是以一維彈性桿平面應(yīng)力波波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的。將樁身假定為一維彈性桿件（樁長(zhǎng)>>直徑），在樁頂錘擊力作用下，產(chǎn)生一壓縮波，沿樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯的波阻抗Z變化界面時(shí)，將產(chǎn)生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z變化決定。安裝在樁頂上的傳感器，將接收到來自樁身各個(gè)波阻抗Z變化界面處反射上來的信息，根據(jù)這些信息，可對(duì)樁身完整性質(zhì)量進(jìn)行分析判斷。

　　樁身波阻抗Z由樁的橫截面積A、樁身材料密度ρ等決定，如式（1）。

　　Z = ρ C A （1）

假設(shè)在基樁中某處存在一個(gè)波阻抗變化界面，界面上部波阻抗Z1=ρ1C1A1，上部波阻抗Z2=ρ2C2A2。

① 當(dāng)Z1 =Z2時(shí)，表示樁截面均勻，無缺陷。

② 當(dāng)Z1 >Z2時(shí)，表示在相應(yīng)位置存在截面縮小或砼質(zhì)量較差等缺陷，反射波速度信號(hào)與入射波速度信號(hào)相位一致。

③ 當(dāng)Z1 <Z2時(shí)，表示在相應(yīng)位置存在擴(kuò)徑，反射波速度信號(hào)與入射波速度信號(hào)相位相反。

當(dāng)樁身存在缺陷時(shí)，根據(jù)缺陷反射波時(shí)刻與樁頂錘擊觸發(fā)時(shí)刻的差值△t和樁身傳播速度C來推算缺陷位置Lx，入式（2）。

Lx = △t·C / 2 （2）

三、低應(yīng)變反射波法測(cè)試的建議

1、樁頭的處理

在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集工作中，樁頭的處理是測(cè)試成功的第一關(guān)鍵，但在大多情況下，很多測(cè)試人員忽略了這一點(diǎn)。由于施工的原因，往往樁頭部分有素混凝土（浮漿），有些測(cè)試人員忽略了對(duì)樁頭的處理，直接就在素混凝土（浮漿）上進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果無論怎么改變傳感器以及傳感器的安裝，無論怎么改變振源，測(cè)試信號(hào)都不理想，往往在測(cè)試信號(hào)的淺層部位存在較嚴(yán)重的反向脈沖。一般情況下，樁頭的處理以露出新鮮含骨料的混凝土面為止，而且要盡量平整、干凈（樁頭不要破碎、不要有雜物、不要有水）；這可以通過隨身攜帶鑿子以鑿平安裝點(diǎn)和錘擊點(diǎn)或委托施工方在測(cè)試前幫忙進(jìn)行樁頭處理，這樣有利于傳感器的安裝和力棒的錘擊。

2、傳感器的安裝

傳感器的安裝對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集影響較大，理論上傳感器越輕、越貼近樁面、與樁面之間接觸剛度越大，傳遞特性越好，測(cè)試信號(hào)也越接近樁面的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)。
對(duì)實(shí)心樁的測(cè)試，傳感器安裝位置宜為距樁心2/3～3/4半徑處；對(duì)空心樁的測(cè)試，錘擊點(diǎn)與傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成90°夾角，傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。
傳感器的安裝必須通過藕合劑垂直與樁面粘接。下面介紹幾種較常用的藕合劑：①粘性好的黃油或凡士林：經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但黃油較贓，凡士林較干凈；②粘性好彈性差的橡皮泥；③牙膏：干凈方便；④口香糖：用口加工后使用。傳感器是否安裝好，可用手指輕彈傳感器側(cè)面，若傳感器紋絲不動(dòng)則說明已經(jīng)安裝好。
有的測(cè)試人員為了測(cè)試簡(jiǎn)便，經(jīng)常不用藕合劑或少用藕合劑，致使藕合劑的作用減少或消失，導(dǎo)致測(cè)試信號(hào)振蕩很明顯，不利于對(duì)基樁的分析判斷，這樣是不可取的。

3、擊振點(diǎn)及擊振方式的選擇

擊振信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集同樣影響較大，對(duì)實(shí)心樁的測(cè)試，擊振點(diǎn)位置應(yīng)選擇在樁的中心；對(duì)空心樁的測(cè)試，錘擊點(diǎn)與傳感器安裝位置宜在同一水平面上，且與樁中心連線形成90°夾角，擊振點(diǎn)位置宜在樁壁厚的1/2處。
對(duì)長(zhǎng)大樁測(cè)試一般應(yīng)當(dāng)用力棒或大鐵球或擊振，其重量大、能量大、脈沖寬、頻率低、衰減小，適宜于樁底及深部缺陷的檢測(cè)，樁底及深部缺陷的信號(hào)反射較強(qiáng)烈。但由此很容易代來淺層缺陷和微小缺陷的誤判和漏判。當(dāng)根據(jù)信號(hào)發(fā)現(xiàn)淺層部位異常時(shí)，建議用小釘錘或鋼筋進(jìn)行擊振，因其重量小、能量小、脈沖窄、頻率高，可較準(zhǔn)確的確定淺層缺陷的程度和位置。
經(jīng)常有測(cè)試人員拿把小錘去測(cè)長(zhǎng)大樁，并反映很難測(cè)到樁底反射。按以上的原理，這樣的測(cè)法是不正確的。由于小錘重量小、能量小、脈沖窄、頻率高、衰減快，因此信號(hào)在樁身中傳播有可能未到樁底就衰減完或即使傳到樁底反射回來的信號(hào)也很微弱極難分辨。由此可見，用小錘測(cè)長(zhǎng)大樁，并想得到樁底反射，大多數(shù)情況下是很困難的。

4、傳感器的影響

目前大多數(shù)測(cè)試人員在對(duì)基樁進(jìn)行低應(yīng)變反射波法測(cè)試時(shí)選用速度或加速度傳感器。其中速度計(jì)在低頻段的幅頻特性和相頻特性較差，在信號(hào)采集過程中，因擊振激發(fā)其安裝諧振頻率，而

產(chǎn)生寄生振蕩，容易采集到具有振蕩的波形曲線，對(duì)淺層缺陷反應(yīng)不是很明顯。同速度計(jì)相比，加速度計(jì)無論是在頻響特性還是輸出特性方面均具有巨大優(yōu)勢(shì)，并且它還具有高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，因此用高靈敏度加速度計(jì)測(cè)試所采集到的波形曲線，沒有振蕩，缺陷反應(yīng)明顯。所以我個(gè)人建議在對(duì)基樁進(jìn)行低應(yīng)變反射波法測(cè)試時(shí)選用高靈敏度加速度計(jì)檢測(cè)。

5、樁周土層的影響

在對(duì)基樁進(jìn)行低應(yīng)變反射波法測(cè)試時(shí)，要充分考慮到樁周土層對(duì)所采集波形曲線的影響。檢測(cè)人員往往只注意到樁身波阻抗變化造成的信號(hào)反射，而忽略了應(yīng)力波在樁身中傳播時(shí)，不僅受到樁身材料、剛度及缺陷的影響，還受到樁周土層的土模量大小的影響。當(dāng)樁周土從軟土層變化到硬土層時(shí)，采集的波形曲線會(huì)在相應(yīng)位置處產(chǎn)生類似擴(kuò)徑的反射波，而當(dāng)樁周土從硬土層變化到軟土層時(shí)，采集的波形曲線會(huì)在相應(yīng)位置處產(chǎn)生類似縮徑的反射波。如果不考慮樁周土對(duì)采集波形曲線的影響，不了解樁側(cè)的地質(zhì)情況，容易對(duì)基樁產(chǎn)生誤判。

6、波形指數(shù)放大的優(yōu)缺點(diǎn)

在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集過程中，樁底反射信號(hào)不明顯的情況經(jīng)常發(fā)生，這時(shí)指數(shù)放大是非常有用的一種功能，它可以確保在樁頭信號(hào)不削波的情況下，使樁底部信號(hào)得以清晰地顯現(xiàn)出來。但有些測(cè)試人員認(rèn)為它使波形失真，過分突出了樁深部的缺陷，這種觀點(diǎn)有一定的道理，過分的指數(shù)放大甚至有可能人為地造出一個(gè)樁底反射。但是如果結(jié)合原始波形，適當(dāng)?shù)貙?duì)波形進(jìn)行指數(shù)放大，作為顯示深部缺陷和樁底的一種手段，它還是一種非常有用的功能。

7、濾波的影響

濾波是波形分析處理的重要手段之一，是對(duì)采集的原始信號(hào)進(jìn)行加工處理，它是為了將測(cè)試信號(hào)中無用的或次要成分的波濾除掉，使波形更容易分析判斷，在實(shí)際工作中，多采用低通濾波，而低通濾波頻率上限的選擇尤為重要，選擇過低，容易掩蓋淺層缺陷，選擇過高，起不到濾波的作用。

8、對(duì)砼強(qiáng)度的判斷

低應(yīng)變反射波法測(cè)出的波速為整樁的平均波速，其準(zhǔn)確性依賴準(zhǔn)確的樁長(zhǎng)和樁底反射時(shí)間，波速與砼強(qiáng)度之間沒有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此不能給出每根樁對(duì)應(yīng)的砼強(qiáng)度，但是我們可以根據(jù)同一工程所有測(cè)試樁的波速平均值來估計(jì)砼強(qiáng)度等級(jí)。

9、聯(lián)線接頭及信號(hào)線的保護(hù)

利用RSM系列工程動(dòng)測(cè)儀和配套的速度計(jì)、加速度計(jì)可以對(duì)基樁進(jìn)行低應(yīng)變反射波法的測(cè)試。儀器與傳感器之間通過聯(lián)線進(jìn)行連接，接頭部位是最容易出問題的地方，無論是傳感器接頭、信號(hào)線接頭和電源線接頭，都存在硬軟交接現(xiàn)象，一般均通過焊接、硅膠和線卡固定，承重能力和抗折拉能力較差，因此對(duì)于這些部位在加強(qiáng)銜接的同時(shí)，實(shí)際使用過程中，應(yīng)盡量避免承重和大力折拉，轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)用手握住傳感器，如果將傳感器吊在半空，極容易導(dǎo)致接頭處脫落。信號(hào)線除重點(diǎn)保護(hù)接頭外，自身的老化和折拉變形也會(huì)嚴(yán)重降低壽命和使用的可靠性，貯存和裝箱時(shí)信號(hào)線不應(yīng)長(zhǎng)期處于折拉狀態(tài)，也不應(yīng)長(zhǎng)期與易腐蝕物質(zhì)相處，泥砂、鹽堿、污漬應(yīng)及時(shí)清洗，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，還應(yīng)盡量避免大力牽拉和甩動(dòng)信號(hào)線；為防止行人拌動(dòng)，信號(hào)線接頭部的前端務(wù)必固定。一旦絕緣電阻降低或接觸不良以至無法使用的信號(hào)線最好棄舊購新。對(duì)于速度計(jì)而言，普通（橡膠外套含雙屏蔽的）音頻線可以代用。加速度計(jì)必須購買低噪聲電纜線，接頭也必須用專門工具安裝，非常麻煩。正因如此，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)聯(lián)線和接頭十分重要。
但在實(shí)際使用過程中，有一些檢測(cè)人員忽略了對(duì)聯(lián)線和接頭的保護(hù)，往往造成信號(hào)線的損壞，然后自行聯(lián)接信號(hào)線，并用普通電工用黑紗布進(jìn)行包箍，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在潮濕地區(qū)它們均存在嚴(yán)重的干擾，拆開后發(fā)現(xiàn)，絕大部分被包箍的線頭均存在不同程度的銹蝕，這說明普通電工紗布不能防水，因而在野外工程試驗(yàn)中也不能起到較好的絕緣作用。因此應(yīng)該說，單純用這類紗布包線不合適甚至適得其反的。
正確的處理辦法是選用防水絕緣膠布包箍連接部位，正確的接線方式應(yīng)當(dāng)如下：①焊好芯線和屏蔽線，各自裹數(shù)層絕緣防水膠布。②在二線的外邊，屏蔽層未達(dá)到的部位包一層錫箔紙，然后再用防水膠和黑紗布箍緊。③打結(jié)或其它辦法處理，提高連接處的抗拉能力。低噪聲電纜線連接更加麻煩，一般盡量不要增加中間環(huán)節(jié)，一根線捅到底最好。

10、儀器自觸發(fā)、不觸發(fā)的檢查

經(jīng)常有測(cè)試人員反映他們的儀器（RSM—24FD浮點(diǎn)工程動(dòng)測(cè)儀）老是自觸發(fā)，有時(shí)又不觸發(fā)，認(rèn)為儀器出毛病了，事后檢查，儀器沒有任何毛病，工作狀態(tài)一切良好，那么到底應(yīng)當(dāng)怎樣檢查儀器的觸發(fā)是由儀器故障還是傳感器故障還是聯(lián)接電纜故障造成的呢？首先談?wù)剛鞲衅鞴收蠈?duì)儀器觸發(fā)的影響：①速度計(jì)用萬用表測(cè)量其內(nèi)阻一般在500-600Ω之間。當(dāng)速度計(jì)內(nèi)阻為0Ω（即短路）時(shí)，儀器采樣時(shí)應(yīng)該不觸發(fā)；當(dāng)速度計(jì)內(nèi)阻為無窮大（即開路）時(shí)，儀器采樣時(shí)應(yīng)該自觸發(fā)。②加速度計(jì)用萬用表很難測(cè)量其內(nèi)阻阻值。但當(dāng)加速度計(jì)內(nèi)阻為0Ω（即短路）時(shí)，儀器采樣時(shí)應(yīng)該自觸發(fā)；當(dāng)加速度計(jì)內(nèi)阻為無窮大（即開路）時(shí)，儀器采樣時(shí)應(yīng)該不觸發(fā)。其次談?wù)劼?lián)接電纜故障對(duì)儀器觸發(fā)的影響：①當(dāng)速度計(jì)聯(lián)接電纜中信號(hào)線短路時(shí)，儀器采樣時(shí)應(yīng)該不觸發(fā)；當(dāng)速度計(jì)聯(lián)接電纜中信號(hào)線斷開時(shí)，儀器采樣時(shí)應(yīng)該自觸發(fā)。②當(dāng)加速度計(jì)聯(lián)接電纜中信號(hào)線短路時(shí)，儀器采樣時(shí)應(yīng)該自觸發(fā)；當(dāng)加速度計(jì)聯(lián)接電纜中信號(hào)線斷開時(shí)，儀器采樣時(shí)應(yīng)該不觸發(fā)。那么當(dāng)儀器出現(xiàn)自觸發(fā)或不觸發(fā)現(xiàn)象時(shí)，我們首先應(yīng)將傳感器及其聯(lián)接電纜聯(lián)接到其它的相應(yīng)通道上測(cè)試，看是否有同樣的現(xiàn)象發(fā)生，若沒有同樣的現(xiàn)象發(fā)生則表示前面那個(gè)通道出現(xiàn)問題，此時(shí)按RSM動(dòng)測(cè)儀說明書上的聯(lián)接圖，量一量六合一接頭聯(lián)線相應(yīng)通道的兩根信號(hào)線是否通斷或是否短路開路，若聯(lián)線有問題可修理六合一接頭聯(lián)線或另購一根，若聯(lián)線沒有問題則表示儀器相應(yīng)通道出現(xiàn)故障。若接到其它的相應(yīng)通道上測(cè)試，仍出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象，則有可能是傳感器及其聯(lián)接電纜出現(xiàn)故障，也有可能是儀器的幾個(gè)通道都出現(xiàn)故障，按上面介紹的方法用萬用表對(duì)傳感器及其聯(lián)接電纜進(jìn)行測(cè)試，若有問題則對(duì)傳感器及其聯(lián)接電纜進(jìn)行修理或另購，此時(shí)最好用一正常的傳感器及聯(lián)接電纜對(duì)儀器測(cè)試一下；若傳感器及其聯(lián)接電纜沒有問題，則表示儀器的所有通道都出現(xiàn)故障，必須進(jìn)行修理。

四、低應(yīng)變反射波法的局限性與改進(jìn)分析方法

低應(yīng)變反射波法的局限性：
1、僅測(cè)出波阻抗的相對(duì)變化，可以區(qū)分縮徑類與擴(kuò)徑類，也可以計(jì)算缺陷位置，但卻不能確定缺陷性質(zhì)、方位。
2、缺陷程度的定量分析很難達(dá)到理想效果，目前只能將缺陷程度定性給出。
3、平均波速與砼強(qiáng)度之間的關(guān)系無法準(zhǔn)確給出。
4、對(duì)長(zhǎng)徑比超過一定限度的樁、極淺部或太小的缺陷，低應(yīng)變反射波法無法正確測(cè)量。高頻信號(hào)傳不下去，測(cè)試范圍有限，低頻信號(hào)分辨率不夠，容易漏判缺陷等等。
5、若樁身存在多個(gè)缺陷時(shí)，深部缺陷容易誤判。
為了準(zhǔn)確分析樁身缺陷，有必要：
1、結(jié)合地質(zhì)資料、施工記錄分析基樁完整性。樁型、施工工藝對(duì)基樁的完整性以及缺陷類型影響很大。如：預(yù)制樁、人工挖孔樁不可能縮徑；許多的缺陷或質(zhì)量事故都發(fā)生在流水處或地層變化處；地層變化對(duì)波形也會(huì)產(chǎn)生影響（會(huì)產(chǎn)生反射波）等等。因此查看地質(zhì)資料、了解施工記錄對(duì)確定缺陷位置有很好的幫助。
2、利用定量分析軟件對(duì)基樁缺陷程度的判定。雖然定量分析軟件本身存在一些不足，但它分析了應(yīng)力波在樁身傳播的詳細(xì)過程，只要樁周土的參數(shù)選擇合理，它的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們憑肉眼對(duì)波形缺陷程度的判斷。
3、綜合分析同一工程的所有被測(cè)樁。同一工程的地質(zhì)和施工狀況大致相同，通過尋找被測(cè)樁之間的共性，再來分析每一根樁的情況，往往能有效的提高分析效果。有時(shí)僅僅分析一根樁，而不對(duì)整個(gè)工程的情況進(jìn)行了解，很容易產(chǎn)生判斷錯(cuò)誤。

五、結(jié)束語

低應(yīng)變反射波法檢測(cè)以其測(cè)點(diǎn)多、經(jīng)濟(jì)、便捷等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分普遍，但也存在著缺點(diǎn)和不足。對(duì)低應(yīng)變反射波法檢測(cè)有問題的樁，建議再利用其他的檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè)試。