歐思猛

（泉州市交通建設工程試驗檢測有限公司， 福建 泉州 362000）

近幾年，橋梁基樁建筑結構當中越來越會用到混凝土灌注樁基礎。對于樁的成型而言，地質條件、施工技術、施工工藝和管理水平都會讓其產生縮頸、離析、夾泥、蜂窩甚至斷裂的質量問題都不能保證樁體質量，使其不能承受過多的承載力。由于大部分樁身結構的位置都是布置在地下，所以很容易出現安全隱患，危害到橋梁樁本身造成工程事故,以前我們都是采用靜荷載試驗和鉆孔取芯法對樁身質量進行檢測。樁的承載力和沉降量可以通過靜荷載反應得到直接結果；樁身砼通常都是通過鉆孔取芯法得到直接結果。但這兩種方法的檢測設備質量很大，并且會出現成本高、工期長、檢測數量少等缺點，不能全面性的評估整個工程質量。所以，現在，橋梁樁建筑結構間當中都在使用樁基無損檢測新技術。在樁基無損檢測新技術當中運用反射波法，不僅可以快速、便利地對樁基質量進行檢測，還能在樁基無損傷的基礎上降低監(jiān)測成本，這種樁基質量檢測方法不僅實用，還很科學。

1 反射波法基本原理

在波動理論中，我們可以把樁看做一種彈性桿件，它的橫截面積、材料密度和彈性模量之間的函數關系用樁阻抗表示：

在瞬時激振力作用下會產生彈性波，波的傳播路徑是從樁頂到樁體，如果在傳播過程中遭遇到縮頸、擴頸、離析、夾泥甚至斷裂等樁身缺陷的波阻抗界面，波就會在此基礎上出現反射和投射，如圖1 所示，反射波從樁頂返回，在波阻抗差異界面處和樁頂原有振動波形疊加，當界面兩邊產生的總作用力和速度都分別相等時，則：

上述式子中，I表示入射波，R表示反射波，表示透射波；V 表示質點速度，

表示應力； A1, A2分別表示樁兩邊的橫截面積， Z1,Z2分別表示波阻抗；反射系數用由式（3）可知：

當Z1＜Z2,α＜0時，反射波速度與入射波速度信號同相。其中，當，樁的橫截面積不會發(fā)生改變，應力波從軟質材料向硬質材料進行傳播；當，也就是 A1＜ A2時，樁的橫截面積增加就會出現擴頸現象。

2 反射波檢測法的方法解析

錘在對樁頭進行敲擊時就會產生振動波，振動波由縱波和橫波組成，當波從樁身傳播到樁底產生反射，反射波通過樁頭的檢波器進行接收，這就是反射波法的檢測原理。振動信號會在樁基動測儀當中進行記錄，再通過計算機當中的相關程序進行處理，就可以得到橫波或者縱波的振動波形和相位，進而通過這兩種結果來對樁的質量進行判斷。

2.1 彈性波在不同介質面上的反射和投射

如果彈性波的傳播過程是從一種介質到另一種聲阻抗介質進行垂直界面?zhèn)鞑?，那么這是就可以根系正入射的問題。當彈性波處于界面位置，不管是波處于哪一種介質下，都會產生擾動，

波在這兩種介質下進行傳播會發(fā)生反射波和透射波。當波處于這兩種介質界面是，通過能量守恒定律，我們可以得到：

上述式子中，I表示入射波，R表示反射波，表示透射波；V 表示質點速度，σ表示應力；通過波陣面動量守恒條件轉換的公式為：

把上述兩個式子聯(lián)立求解可得：

聲阻抗比值n可以直接確定反射系數F 的值，兩種介質聲阻抗的相對大小值可以決定F 的正負。

由此，我們可知

2.2 彈性波在變截面桿中的反射

變截面桿中橫截面積會發(fā)生變化，應力波在這種情況下會發(fā)生反射和投射，這時，橫截面面積的總作用力可以和兩側應力相等條件進行替代，也會產生相同的速度信號，即：

如果界面兩邊出現相同的聲阻抗，彈性波的反射和透射只是會出現在截面積的間斷上，材料的階梯狀桿中，n = A1/A2，A1, A2的相對大小可以確定F的正負；當A1＜A2,n＜1時，反射波速度與入射波速度信號同號，可以加載反射；當A1＞A2,n＞1時，反射波速度與入射波速度信號異號，可以卸載反射。

3 模型樁實驗結果

3.1 斷樁

斷樁的產生原因多種多樣，所以斷樁也會以各種各樣的形式存在，但是不管是什么形式的斷樁都會出現相同的反射效果，在斷樁界面，反射信號要和入射波的信號同相位。

1＃模型樁的實測波形圖如圖1所示，這個樁屬于沉管灌注樁，它的長度是4米，直徑是φ480mm。在圖中，當他和莊頂相差1.6到1.8米時就可以設置為斷樁，在圖中我們可以發(fā)現波形沒有規(guī)律可言，上下幅值也成不對稱狀態(tài)。斷樁處的反射波用T1表示。

圖1 1＃模型樁實測波形圖

3.2 離析、縮頸樁

在彈性波的基本理論當中，我們知道反射波的相位和入射波的相位會在離析、縮頸缺陷界面時同相，但是如果樁身當中出現離析缺陷，整個樁的平均波速都會被減少，只是縮頸不會讓應力波波速產生變化。

2＃模型樁的實測波形圖如圖2所示。這個樁的長度是7.2米，直徑是φ480mm，圖中，在相距4.1m的位置處會產生縮頸，這個縮頸是人工制作的，在圖中，我們可以發(fā)現波形沒有規(guī)律可言，縮頸處的反射波是用T1來表示。

圖2 2＃模型樁實測波形圖

3＃模型樁的實測波形圖如圖3所示。這個樁是沉管灌注樁，它的長度是7.12米，直徑是φ480mm，在制作過程中，首先需要向它灌注2.0米厚的砼，砼的型號為200＃，然后再向它灌注1.5米厚的砼，砼的型號為100＃，最后再向它灌注砼，砼高度要和樁頂一致，砼的型號為200＃，我們可以發(fā)現波形沒有規(guī)律可言，離析處的反射波是用T1來表示。

圖3 3＃模型樁實測波形圖

4 工程實例

（一）圖 1是某橋的一條灌注樁的實際檢測曲線，這條灌注樁是完整的支撐樁，樁的長度為24.0m,樁的直徑是1.0m,波速是3800，樁的頂端會出現顯著反射，且不會出現缺陷反射波。

(二)圖2是某橋的一條灌注樁的實際檢測曲線，樁的長度為42.9m,樁的直徑是1.5m，在檢測之后我們發(fā)現樁身6cm位置出現嚴重缺陷，樁身在經過抽芯驗證后，具備完整質量。在開挖之后，我們發(fā)現，樁身到樁頂6.2m處進行擴徑，先擴到1.78m處，再擴到2.16m處，我們會發(fā)現，反射發(fā)展6.3m處突然變回到1.66m位置。

（三）缺陷樁。圖 3是某橋的一條灌注樁的實際檢測曲線，這條灌注樁屬于支撐樁，樁的長度為24.5m,樁的直徑是1.2m，樁的端部不發(fā)現顯著反射，我們可以在樁身的11m位置檢測出缺陷反射波，反射現象明顯，由此我們知道樁身11m位置出現嚴重缺陷，后來我們在通過開挖之后看出，樁身11m位置出現嚴重縮頸現象。

5 結語

在實際橋梁樁工程中運用反射波法進行樁基無損檢測，不僅能夠快速、方便的提高樁基質量的測試精度，還能夠在基礎工程樁基檢測范圍中，最大程度的提高工程質量和工程安全，進一步開闊更好的發(fā)展前景。