同濟大學教授趙錫宏教授
1. 反射波法用於基樁的動力測試
反射波法用於基樁的動力測試，就是通過對樁頂施加激振能量，以引起樁身及周圍土體的微幅振動，同時用儀表量測、記錄樁頂的振動速度和加速度，再利用波動理論對記錄結果加以分析，從而達到檢驗樁基施工質量、判斷樁身完整性、預估基樁承載力等目的。此反射波法具有快速、簡便、經濟、實用等優點。
因埋沒於地下樁的長度要遠大於樁直徑，由此可將樁身簡化為無側限約束的一維彈性桿件，並在樁頂初始擾力作用下產生的應力波沿樁身向下傳播從而滿足一維波動方程：
土體原位測試與工程勘察
式中：u為x方向的位移(m)；υP為樁身材料的縱波波速(m/s)。
彈性波沿樁身傳播過程中，在樁身夾泥、離折、擴頸、縮頸、斷裂、樁端等樁身阻抗變化處，將會發生反射和透射。若用記錄儀記錄下反射波在樁身中傳播的波形，通過對反射波曲線特徵的分析，即可對樁身的完整性、缺陷的位置進行判定，並對樁身混凝土強度進行評估。
一、檢測設備
用於反射波法基樁動力測試的儀器一般有：感測器、放大器、濾波器、數據處理系統以及激振設備和專用附件等。
(1)感測器：是反射波法基樁動力測試的重要儀器。感測器一般可選用寬頻帶的速度或加速度感測器。速度感測器的頻率范圍宜優於10～500Hz，靈敏度應高於300mV/cm/s。加速度感測器的頻率范圍宜為1～10 Mz，靈敏度應高於100mV/g。
(2)放大器：放大器的增益應大於60dB，長期變化量小於1%，摺合輸入端的雜訊水平應低於3μV，頻帶寬度應寬於1Hz～20kHz，濾波頻率可調。模數轉換器的位數至少應為8bit，采樣時間間隔至少應為50～1000μs，每個通道數據採集暫存器的容量應不小於1kbit，多通道採集系統應具有良好的一致性，其振幅偏差應小於3%，相位偏差應小於0.1ms。
(3)激振設備：激振設備應有不同材質、不同重量之分，以便於改變激振頻譜和能量和滿足不同的檢測目的。目前工程中常用的錘頭有塑料頭錘和尼龍頭錘，它們激振的主頻分別為2000～1000 Hz左右；錘柄有塑料柄、尼龍柄、鐵柄等，且柄長可根據需要而變化。一般說來，柄越短。則由柄本身的振動所引起的噪音越小，而且短柄產生的力脈沖寬度小、力譜寬度大。當檢測深部度缺陷時，應選用柄長而重的尼龍錘來加大沖擊能量；當檢測淺部缺陷時，可選用柄短而輕的尼龍錘。
二、檢測方法
反射波法檢測基樁質量儀器的布置及工作原理示意如圖7-11所示：
圖7-11 反射波檢測基樁質量的儀器布置及其工作原理示意圖
1—手錘；2—樁；3—感測器；4—樁基分析儀；5—顯示器
現場檢測工作一般應遵循下面的—些基本程序：
(1)對被測樁頭進行處理；鑿去浮漿，平整樁頭，割除樁外露出的過長鋼筋；
(2)接通電源，對測試儀器進行預熱，進行微振和接收條件的選擇性試驗，以確定最佳激振方式和接收條件；
(3)對於灌注樁和預制樁，激標點一般選在樁頭的中心部位；對於水泥樁，激振點應選擇在1/4樁徑處。感測器應穩固地安置於樁頭上，為了保證感測器與樁頭的緊密接觸，應在感測器底面塗抹凡士林或黃油。當樁徑較大時，可在樁頭安放兩個或多個感測器；
(4)為減少隨機干擾的影響，採用信號增強技術進行多次重復激振，以提高信噪比；
(5)為了提高反射波的解析度，應盡量使用小能量激振並選用截止頻率較高的感測器和放大器；
(6)由於面波的干擾，樁身淺部的反射比較紊亂，為了有效地識別樁頭附近的淺部缺陷，必要時可採用橫向激振、水平接收的方式進行輔助判別；
(7)每根試樁應進行3～5次重復測試，出現異常波形時應及時分析原因、排除影響測試的不良因素後再重復測試。重復測試的波形應與原波形有較好的相似性。
三、檢測結果的應用
1.確定樁身混凝土縱波波速
樁身混凝土的縱波波速可按下式計算：
土體原位測試與工程勘察
式中：υP為樁身縱波波速(m/s)；L為樁長(m)；tr為樁底反射波到達時間(s)。
2.評價樁身質量
反射波形特徵是樁身質量的反映。利用反射波曲線進行樁身完整性判定的時候，應該根據波形、相位、振幅、頻率及波至時刻等因素綜合考慮。
樁身不同缺陷反射波特徵如下(圖7-12)：
(1)完整樁的波形特徵：完整性好的基樁反射波具有：波形規則、清晰；樁底反射波明顯；反射波至時間容易讀取；樁身混凝土平均縱波波速較高等的特性；同一場地完整樁反射波形具有較好的相似性。
(2)離析和縮徑樁的波形特徵：離析和縮徑樁的樁身混凝土縱波波速較低，反射波幅減少，頻率降低。
(3)斷裂樁的波形特徵：樁身斷裂時其反射波到達時間小於樁底反射波到達時間，波幅較大，往往出現多次反射，難以觀測到樁底反射。
3.確定樁身位置和范圍
樁身缺陷離開樁頂的位置L′，可以根據下式計算：
圖7-12 波形特徵圖
土體原位測試與工程勘察
式中：L′為樁身缺陷的位置(m)；t′r為樁身缺陷部位反射波至時間(s)；
樁身缺陷范圍是指樁身缺陷沿軸向的經歷長度。
樁身缺陷范圍可按下式計算：
土體原位測試與工程勘察
式中：l為樁身缺陷的范圍(m)；Δt為樁身缺陷上、下面反射波至時間差(s)；υ′P為樁身缺陷段縱波波速(m/s)參考下表選取。
表7-1 樁身缺陷段縱波波速
參考文獻
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