张健奎 ZHANG Jian-kui；蒋明慧 JIANG Ming-hui；王敏 WANG Min
（四川工程职业技术学院，德阳 618000）
（Sichuan Engineering Technical College，Deyang 618000，China）
摘要： 根据低应变反射波法检测高强度预应力混凝土管桩（PHC）桩身完整性的原理，通过具体工程实例对低应变反射波检测PHC管桩有关问题进行了分析探讨。
Abstract: According to the principle of detecting the integrity of high strength prestressed concrete piles (PHC) with low strain reflected wave method, this paper discussed the problems related to the detection of the PHC piles with low strain reflected wave method through specific examples.
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关键词 ： 低应变反射波法；高强度预应力管桩；完整性；检测
Key words: low strain reflected wave method；high strength prestressed pipe；integrity；detection
中图分类号：TU473 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）06-0130-02
0 引言
高强度预应力混凝土管桩（ PHC 管桩）对持力层起伏变化大的地质条件适应性强，适应地域广，建筑类型多，广泛应用于多种高层建筑、工业与民用建筑、铁路、公路与桥梁、港口、码头、水利、市政、构筑物，及大型设备等工程基础。但是，由于打桩、焊缝等操作不当、桩身质量、地质条件、设计、施工及管理等种种原因，往往容易造成管桩基础出现缺陷，因此对管桩质量的检测尤为重要。
低应变反射波法有着快捷、轻便、无损等优点，已经成为实际工程检测中应用较广泛的一项基桩检测方法。本文结合PHC管桩基础工程，运用低应变反射波法对其进行检测，探讨了低应变反射波法在PHC管桩检测中的应用和存在的问题。
1 低应变反射波法检测原理
低应变反射波法的基本理论为一维弹性直杆的应力波反射波理论[1-4]，见式（1）。
式中：μ为桩身质点位移；
为位移、速度、应变或盈利波在杆中的纵向传播速度；E为弹性模量ρ为质量密度；x为波的传播方向；
应力波由桩顶激发向下传播，遇波阻抗差界面（桩底或缺陷）将产生应力波反射，返回桩顶，用速度或加速度传感器接受其反射信号，反射系数由式（2）表达
R=（ρ1V1A1-ρ2V2A2）/（ρ1V1A1+ρ2V2A2）（2）
式中：R为波阻抗差异界面的反射系数。其中ρ1、ρ2、V1、V2、A1、A2分别为上、下两侧介质密度、波速及截面积。当上式某部位的ρ、V、A任一参数改变即满足时ρ1V1A1≠ρ2V2A2，即产生反射波返回桩顶，用传感器拾取反射信号并为仪器记录，根据反射初始时间、相位及幅值，并对桩身有无缺陷、缺陷性质、部位及程度即可做出判定[5-6]。低应变测试原理见图1。
2 工程概况
该工程场地地貌单元属于川西平原河流一级阶地，场地地形相对较为平坦。根据现场勘察，场地内地基土自上而下分为：第四系全新统人工填土层、第四系上更新统砂砾卵石土共两个工程地质大层；具体分为①填土层，0~9.1m，②粗砾砂，0~1.5m，③圆砾，0.6~6.5m，④稍密卵石，2.0~4.8m，⑤中密卵石。场地各地层厚度不一，均匀性较差，勘察报告建议采用高强度预应力管桩，持力层为中密卵石层。
3 桩基施工方案的确定
桩型选择：根据上部结构荷载、经济性相对较好、施工质量易控制、同时考虑对基坑开挖的影响，最终确定桩型为PHC预应力管桩，锤击法进行施工，管桩直径400mm，桩身混凝土等级C80，桩长13~21m，持力层为中密卵石层，单桩承载力为1200kN。
4 低应变反射波法对基桩的检测结果及分析
4.1 检测结果 按照《建筑基桩检测技术规范》及工程实际情况对现场抽取200根基桩进行检测[7]。检测完成后，通过室内数据分析，发现除了个别桩存在裂纹、桩头浅部破坏、断裂等常见缺陷外，两根基桩出现了严重缺陷：1#桩（完整性波形见图2），波4200m/s,接桩位置为7.0m，曲线出现明显的缺陷反射，考虑已经出现明显二次反射波，故给予严重缺陷的结论，判定为Ⅳ类桩；2#桩（完整性波形见图3），波速4200m/s，接桩位置为5.0m，出现缺陷反射波，虽相关规范及检测技术文件指导精神为接桩处反射波应给予为轻微缺陷，但此状缺陷反射信号已很明显，且数据分析时仍出现二次反射波，故认为为严重缺陷，判定为Ⅲ类桩。
为验证检测结果，对现场两根桩开挖至检测缺陷深度，经开挖后发现两根基桩在接桩部位均出现了明显的局部无焊缝现象。由此可见采用低应变法检测基桩缺陷的位置、缺陷程度与实际曲线一致。
4.2 低应变法的不足之处 由以上信号曲线可以看出，完整性曲线基本无明显的桩底反射波，且基桩接桩处反射信号明显，但接桩处缺陷严重程度的把握不易直接确定；低应变反射波法测试高强度预应力混凝土管桩（PHC），由于桩及桩周土共同因素的原因导致应力波衰减较快，因而无法快速有效地检测出桩身下段的缺陷位置，桩底反射不清晰，不易推断出管桩桩长施工情况，桩底是否进入设计持力层也无法判断，还需要采取其他方式进一步确定是否满足设计要求；此外，应力波在向下传播过程中，遇到横向裂纹，其衰减也较快，应力波能量损失很大，遇到纵向裂缝，应力波往往能顺利地继续传导下去，致使竖向缺陷很难被发现[8-10]。
5 结论
通过以上低应变在预应力管桩中的检测和应用特点不难看出，低应变应力法检测基桩完整性具有操作方便、简捷快速、经济等优点，对不同缺陷时所对应的完整性波形曲线可初步判断，在管桩检测中起着不可替代的作用；但是，该方法仍存在不足之处：在混凝土管桩检测中，桩底反射信号不清晰，不易估计检测管桩桩长及判断是否进入设计持力层；同时，不易对桩体下部的竖向裂缝进行检测。在PHC管桩检测中，接桩处反射的判断是难点，要使桩基质量得到更好的控制，配合其他方式进行检测较好。
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