淺談基樁低應(yīng)變法檢測(cè)對(duì)離析缺陷的判別

樁基是地基中廣泛采用的一種深基礎(chǔ)形式，我國(guó)的灌注樁工程誕生于河南省，之后隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，眾多的高樓、橋梁、碼頭等工程越來(lái)越多地開(kāi)始采用大直徑、大深度鉆(沖)孔灌注樁的地基基礎(chǔ)形式。樁基工程屬地下隱蔽工程，由于樁基施工工藝、復(fù)雜的地質(zhì)條件等，使得灌注樁不可避免地產(chǎn)生離析、夾泥、斷樁、縮徑、膠結(jié)不良等缺陷。而大直徑灌注樁一般單樁豎向承載力較高，部分樁不僅受垂直豎向荷載的作用，而且還受水平力的作用，所以對(duì)大直徑混凝土灌注樁的精確檢驗(yàn)就顯得尤為重要。

離析是一種常見(jiàn)的混凝土缺陷，對(duì)樁的使用危害較大，其產(chǎn)生原因較多，例如混凝土的配合比不良會(huì)導(dǎo)致離析；施工中的過(guò)振會(huì)導(dǎo)致離析；地下水的作用會(huì)導(dǎo)致離析；混凝土落距大會(huì)導(dǎo)致離析等等。其特征是局部漿體富余，而局部粗骨料形成堆積。在灌注樁混凝土中表現(xiàn)為:上部為水泥砂漿而無(wú)或較少粗骨料，下部粗骨料聚集而無(wú)或較少水泥砂漿，且下部密實(shí)度較差，呈現(xiàn)過(guò)渡分層特征。對(duì)于大直徑混凝土灌注樁，目前常采用的無(wú)損檢測(cè)方法是低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法和超聲波透射法。而低應(yīng)變法由于其檢測(cè)方法的簡(jiǎn)便易行、檢測(cè)費(fèi)用低廉而被廣泛采用。但是，由于離析缺陷相對(duì)于低應(yīng)變法檢測(cè)的特殊性，在工程實(shí)際中常常引起誤判或漏判。

1、 低應(yīng)變法檢測(cè)原理及離析缺陷的特征

低應(yīng)變法檢測(cè)樁身混凝土完整性，是通過(guò)在樁頂施加激振信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)力波，該應(yīng)力波沿樁身傳播過(guò)程中，遇到波阻抗差異界面(如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷)和樁底面時(shí)，將產(chǎn)生反射波，檢測(cè)分析反射波的傳播時(shí)間、幅值和波形特征，就能判斷樁的完整性。其原理是建立在一維桿狀體的基礎(chǔ)上的，假設(shè)樁為一維線彈性桿，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為A，彈性模量為E，質(zhì)量密度為ρ，彈性波速為C(C2=E/ρ)，廣義波阻抗為Z=AρC，推導(dǎo)可得樁的一維波動(dòng)方程：

假設(shè)樁中某處阻抗發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)力波從介質(zhì)Ⅰ(阻抗為Z1)進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ(阻抗為Z2)時(shí)，將產(chǎn)生速度反射波Vr和速度透射波Vt。令樁身質(zhì)量完好系數(shù)β=Z2/Z1，則有

檢測(cè)中主要是研究反射波Vr的，樁身某部位阻抗增大或樁端阻抗增大時(shí)，β大于1，即Vr值為負(fù)，表現(xiàn)在測(cè)試曲線(時(shí)域曲線，以下相同)上的特征為反射峰與首波波峰相位相反(以下稱(chēng)反相)，相對(duì)阻抗越大，β值越大，反向峰值越高;樁身某部位阻抗變小或樁端阻抗變小時(shí)，β小于1，即Vr值為正，表現(xiàn)在測(cè)試曲線上的特征為反射峰與首波波峰相位相同(以下稱(chēng)同相)，相對(duì)阻抗越小，β值越小，反向峰值越高。這是低應(yīng)變測(cè)試中的樁身完整性的基本判定方法。

而混凝土離析缺陷，由于其多呈現(xiàn)過(guò)渡性分層特征，在阻抗變化上呈漸變狀態(tài)，且由于粗骨料聚集段波速并無(wú)強(qiáng)烈下降，粗骨料多聲學(xué)界面多，應(yīng)力波散射加劇，加上在實(shí)際檢測(cè)中土阻力的影響，所以在低應(yīng)變檢測(cè)曲線中離析缺陷并無(wú)不是表現(xiàn)為強(qiáng)烈的同向反射，而是表現(xiàn)為寬緩的反射。強(qiáng)烈下降，粗骨料多聲學(xué)界面多，應(yīng)力波散射加劇，加上在

實(shí)際檢測(cè)中土阻力的影響，所以在低應(yīng)變檢測(cè)曲線中離析缺陷并無(wú)不是表現(xiàn)為強(qiáng)烈的同向反射，而是表現(xiàn)為寬緩的反射。

2 實(shí)例分析

2.1 實(shí)例1

懷集縣黃金海岸工程采用沖孔灌注樁，118 #樁樁徑800mm，樁長(zhǎng)17.16m，設(shè)計(jì)砼強(qiáng)度等級(jí)C25，設(shè)計(jì)樁端持力層為微風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。圖1為其低應(yīng)變法檢測(cè)時(shí)域曲線，由于無(wú)樁底反射信號(hào)，參照同工地完整樁確定波速為3700m/s，曲線中7.0m左右呈現(xiàn)寬緩的同向反射，判定7.0m左右明顯缺陷。抽芯檢測(cè)結(jié)果：6.5m砼芯呈碎塊狀，鉆至12.0m無(wú)法鉆進(jìn)而終孔。該樁缺陷為混凝土離析。

2.2 實(shí)例2

肇慶某工程采用沖孔灌注樁，設(shè)計(jì)砼強(qiáng)度等級(jí)C35，樁長(zhǎng)31m左右，樁徑800mm，設(shè)計(jì)持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。圖2為該工程45#樁的實(shí)測(cè)曲線圖，設(shè)定波速4000m/s，6.5m左右見(jiàn)寬緩的同向反射波，無(wú)樁底反射，而該工地大部分樁曲線樁底反射清晰，對(duì)該樁樁身完整性有懷疑，建議抽芯。抽芯顯示：在:5.6~6.9m水泥砂漿富積，而少粗骨料，5.6~6.9m膠結(jié)較差，砼芯尚完整，但觀感上看強(qiáng)度較低，6.5m以下砼芯呈碎塊狀、碎石狀。該樁為離析缺陷，抽芯1個(gè)鉆孔，后經(jīng)加固處理。

3、 結(jié)論

①大直徑灌注樁樁一般荷載較大，對(duì)樁身砼完整性要求較高，離析是一種常見(jiàn)的混凝土缺陷，低應(yīng)變法檢測(cè)往往對(duì)該類(lèi)缺陷漏判，造成安全隱患，危害極大。②樁身混凝土離析缺陷在低應(yīng)變法檢測(cè)時(shí)域曲線中的表現(xiàn)為:寬緩的同向反射，往往反射峰并不強(qiáng)烈，甚至很微弱，最大特征是無(wú)樁底反射。為了準(zhǔn)確地進(jìn)行判別，宜通過(guò)與本場(chǎng)地其它樁測(cè)試曲線進(jìn)行對(duì)比，在無(wú)樁底反射信號(hào)時(shí)，仔細(xì)分析樁身每一處

反射，慎重起見(jiàn)，建議進(jìn)行其它方法進(jìn)行檢測(cè)。③檢測(cè)人員應(yīng)進(jìn)行大量對(duì)比，以獲得豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。

④在一些重要工程中，為獲得樁身混凝土質(zhì)量情況，建議進(jìn)行超聲波透射法檢測(cè)，在這一點(diǎn)上，聲波法比低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法有著較大的準(zhǔn)確性。從而使基樁得到更準(zhǔn)確的質(zhì)量判定，而不至于由低應(yīng)變法引至的漏判或誤判。