低應變法檢樁中的地質效應及處理

趙林杰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

低應變法檢樁中的地質效應及處理

趙林杰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

為了確保樁身曲線判別的準確性和可靠性，結合多個工程實例，通過各種地質條件下的樁底反射識別、樁身曲線比對，并結合聲波透射法、鉆芯法和開挖驗證、調查資料等方式，對低應變法檢樁中的地質效應及處理作了分析研究。研究表明:聲波透射法比低應變法更適宜檢測完全嵌巖樁、柱樁;樁底反射波相位與基樁設計承載性狀無必然關系;需考慮樁周地層波阻抗變化對低應變曲線的影響。

低應變 地質效應 地層波阻抗變化 假缺陷

低應變法采用瞬態激振方式，通過實測樁頂加速度或速度信號的時域、頻域特征，基于一維彈性波動理論分析來檢測基樁樁身完整性，以判定樁身的缺陷位置及其影響程度[1-5]。因其具有操作方便、檢測速度快、費用低和檢測覆蓋面廣的優點，低應變法已成為目前國內外使用最廣泛的一種樁身無損檢測方法[2-3，6]。

在判別低應變檢測曲線的過程中，因過多地著眼于樁體本身的完整性，往往忽略其他影響因素。而實際上影響低應變檢樁的因素眾多，如樁長、長徑比、樁身材料性質、施工工藝、地質條件、溫度效用、檢測技術等。其中，地質效應對樁身低應變檢樁影響極為普遍，很多時候更是判別低應變檢測曲線的關鍵依據。為確保低應變法檢樁中樁身曲線判別的準確性和可靠性，本文擬結合幾個混凝土灌注樁工程實例，對低應變法檢樁中的地質效應及處理方法做出一定的分析研究。

本文涉及的低應變檢測曲線均由歐美大地PITVV樁身完整性檢測儀采集;涉及的聲測曲線由武漢巖海RS-ST01D(P)聲波透射法檢測儀采集。

1 不同地質條件下的樁底反射對比

圖1為兩不同地質條件下基樁的低應變檢測曲線。35-3#基樁樁身完全嵌巖，地質條件單一，基巖均為硬質石灰巖，混凝土強度等級為C30;45-9#基樁為摩擦樁，樁周地質條件單一，均為飽和中細砂，混凝土強度等級為C50。

在樁底反射信號均放大5倍的條件下，35-3#基樁設計樁長僅為7.0 m，但因嵌巖完好，無明顯樁底反射;45-9#基樁設計樁長為44.0 m，雖已超過《鐵路工程基樁檢測技術規程(TB 10218—2008)》給出的40.0 m低應變檢測樁長上限[2]，但樁底反射明顯。并且這兩根檢測曲線在相同的地質條件下具有代表性。

通過上述對比可見:

1)完全嵌巖樁或柱樁不宜采用低應變法檢測，建議采用聲波透射法檢測。

2)《鐵路工程基樁檢測技術規程》給出的40.0 m低應變檢測樁長上限，只在特定地質條件下成立;不同地質條件下的低應變檢測樁長上限是不同的。

2 相同地質條件下無樁底反射及處理

某橋跨區域地質條件較單一，為塑形黏土或半塑形黏土。基樁為摩擦樁，設計樁長均為40.0 m，樁徑為1.0 m，混凝土強度等級均為C40。設計要求采用低應變法檢測樁身完整性。

在該區域初期樁檢工作中發現所有的樁身低應變檢測曲線均無樁底反射或無明顯樁底反射(如圖2(a)所示)，無法準確地判別樁身完整性。

為確保樁身完整性類別判定的可靠性，經各相關方討論，建設方和設計方同意:該區域部分基樁設置聲測管，在低應變法檢測的同時，進行聲波透射法輔助檢測，綜合判定樁身的完整性類別。

以采用聲波透射法輔助檢測的1035-8#基樁為例，雖然其低應變檢測曲線(圖2(a))無明顯樁底反射，但其輔助聲測曲線(圖2(b))顯示，三個檢測剖面0～40.0 m范圍內聲學參數均無異常，則綜合判定1035-8#基樁的樁身完整性為Ⅰ類。

圖1 不同地質條件下的低應變檢測樁底反射對比

圖2 某黏土地質條件下的基樁低應變檢測曲線與輔助聲測曲線

以此類推，該區域相同或相似地質條件下的樁身低應變檢測曲線若與曲線圖2(a)類似，且相關原始記錄(經相關方簽字、蓋章確認)顯示清孔、灌注混凝土合規，則可判定其樁身完整性為Ⅰ類。

3 特殊地質條件下的樁底反射識別及處理

某公路橋位于沙漠邊緣，其3-2#基樁位置地質條件為:0(設計樁頂)～10.4 m樁深為濕陷性新黃土，10.4～14.6 m樁深為新黃土，14.6～16.9 m樁深為紅砂巖(干抗壓設計強度為25.0 MPa)，16.9 m樁深以下為紅砂巖(干抗壓設計強度為40.0 MPa)。基樁設計為端承樁，設計樁長為25.0 m，樁徑為1.2 m，混凝土強度等級為C30。

若按照通常的端承樁樁底識別方法，假設樁底達到設計強度等級，樁頂激振產生的下行壓縮波在樁底波阻抗變大處產生上行反射彼，相位與入射波相反，如圖3(a)所示，反射波波速為4 145 m/s。

但該波速遠超普通C30混凝土反射波波速經驗值 3 700 ～ 3 900 m/s[2，4]。

另外，16.9 m以下地質條件單一，若嵌巖完好，樁身下部一般不會出現圖3所示的強烈反射波信號。

檢測方進一步調查了解到:樁底硬質紅砂巖遇水變軟，長時間泡水便溶解成散沙;施工方采用沖擊鉆成孔、水下灌注混凝土的施工工藝。

該樁的鉆芯報告[7]顯示:混凝土芯樣完整、連續、膠結性好，實測樁長與設計樁長相符，樁身完整性為I類;該樁的芯樣抗壓試驗報告顯示:樁底三段芯樣的破壞性抗壓強度均≥33.2 MPa。

圖3 某水溶性紅砂巖地質條件下的低應變檢測樁底識別

基于上述調查分析，把樁底定在反射波與入射波的相位相同處，如圖3(b)所示，反射波波速為3 824 m/s。

由此可見，低應變檢測樁底識別是一項需要綜合考慮地質條件、樁身材料性質、施工工藝等諸多影響因素的工作。樁底反射波相位只與該處波阻抗變化有關，與基樁設計承載性狀無必然關系;尤其是在特殊地質條件下，機械地照搬經驗，是不能保證樁底識別可靠性的。

4 復雜地質條件下的樁身曲線判別及處理

圖4為某復雜地質條件下的52-10#基樁低應變檢測曲線。該地質條件為:0(設計樁頂)～1.2 m樁深為新黃土，1.2～3.3 m樁深為老黃土，3.3～8.2 m樁深為粉土，8.2～9.4 m樁深為煤層，9.4～9.8 m樁深為泥巖，9.8 m樁深以下為砂巖(干抗壓設計強度為50.0 MPa)。基樁設計為端承樁，設計樁長為14.5 m，樁徑為1.0 m，混凝土強度等級為C30。

在樁底反射信號放大2倍的條件下，雖因地層多變，52-10#樁身曲線復雜難判，但與附近同地質條件下等樁長基樁的低應變檢測曲線比對，可以確認波速為3 790 m/s處的明顯反射波便為樁底反射信號，相位與入射波相反。

只要能確認樁底反射信號，便可判定樁身無嚴重缺陷[2]。比對處于同一樁基礎的52-1#～52-10#基樁低應變檢測曲線，結合52-10#基樁施工工藝及其所處區域的地質條件，則綜合判定:52-10#基樁的樁身完整性為Ⅱ類。復雜地質條件下的基樁低應變檢測曲線若無明顯樁底反射，且附近無同地質條件等樁長基樁的低應變檢測曲線供比對，則必須采用鉆芯法、高應變法、直接開挖法[2]等其他輔助方法，綜合判定樁身的完整性。

圖4 某復雜地質條件下的基樁低應變檢測曲線

5 特別地況條件下的樁身曲線判別及處理

圖5的1031-1#基樁與圖2的1035-8#基樁處于同一區域。

同處一樁基礎的8根基樁，編號為1031-1#～1031-8#，樁身低應變檢測曲線均相同或相似，如圖5所示;而該區域的其他基樁因地質條件、樁身幾何與材料參數、施工工藝完全相同，樁身低應變檢測曲線也均相同或相似，如圖2所示。

圖5 某黏土地質條件下的墓區基樁低應變檢測曲線

1031-1#基樁低應變檢測曲線顯示樁身淺部有缺陷反射波信號，且基本等間距排列;但經開挖等方式驗證樁身淺部完好無缺陷。可見1031-1#樁身曲線存在“假缺陷”[10]。

檢測方調查了解到:區別于該區域其他樁基礎地段，1031-1#樁基礎地段在解放前為一墓地。開挖過程中且發現，0(設計樁頂)～2.0 m樁深土層堅硬密實，2.0～3.5 m土層松軟，3.5 m樁深以下土層較密實。

另外，低應變法檢樁時，根據能量擴散機理，需考慮樁周地層波阻抗變化對樁身曲線的影響[2-3，8-9]。樁周地層波阻抗變大，便會影響樁身曲線產生一個與入射波相位相反的反射波信號;樁周地層波阻抗變小，便會影響樁身曲線產生一個與入射波相位相同的反射波信號。

基于上述原因，檢測方綜合分析認為:引起上述“假缺陷”的原因為淺部樁周地層波阻抗變小對樁身曲線產生了明顯的影響。

同樣，圖4的52-10#樁身曲線在10.0 m樁深附近與入射波相位相反的反射信號可認為是樁周地層波阻抗變大對樁身曲線產生的影響;另外，較厚的基礎墊層也可引起基樁低應變檢測曲線淺部“假缺陷”。

6 結語

本文結合工程實例，從不同地質條件下的樁底反射對比，相同地質條件下無樁底反射及處理，特殊地質條件下的樁底反射識別及處理，復雜地質條件下的樁身曲線判別及處理，特別地況條件下的樁身曲線判別及處理五個方面對低應變法檢樁中的地質效應及處理作出了分析研究。

筆者作出以下七點總結:

1)調查歷史地況、地貌，研究地質資料，是低應變法檢樁工作的一個重要環節;

2)地質條件對能否正確判別基樁低應變檢測曲線常起到決定性作用;

3)完全嵌巖樁或柱樁不宜采用低應變法檢測，建議采用聲波透射法檢測;

4)不同地質條件下的低應變檢測樁長的樁上限是不同的;

5)樁底反射波的相位，與基樁設計承載性狀無必然關系;

6)只要能確認樁底反射信號，便可判定樁身無嚴重缺陷;

7)低應變法檢樁時，需考慮樁周地層波阻抗變化對樁身曲線的影響。

[1]中華人民共和國建設部.JGJ 106—2003 建筑基樁檢測技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社，2003.

[2]中華人民共和國鐵道部.TB 10218—2008 鐵路工程基樁檢測技術規程[S].北京:中國鐵道出版社，2008.

[3]薛桂霞，王鵬.基樁樁身完整性檢測中的影響因素淺析[J].北京:地球物理學進展，2008，23(5):1646-1650.

[4]浙江省交通廳工程質量監督站.JTG/T F81-01—2004 公路工程基樁動測技術規程[S].北京:人民交通出版社，2004.

[5]陳凡.基樁質量檢測技術[M].北京:中國建筑工業出版社，2008.

[6]董承全，張佰戰，胡在良，等.樁身完整性不同檢測方法的對比試驗[J].鐵道建筑，2009(12):75-77.

[7]吳文軍，陳美珍，劉貴軍.基樁低應變反射波法和鉆芯法樁身完整性檢測對比分析[J].建筑監督檢測與造價，2010，3(7):34-36.

[8]朱波，李薇.低應變反射波法測樁中的幾何彌散效應[J].西南公路，2003(2):74-75.

[9]祝永慶.樁周土阻尼對基樁完整性試驗的影響[J].科技信息，2009(17):263，360.

[10]丁振杰.低應變反射波法在基樁完整性檢測中“假缺陷”的探討[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/3cfb9136f111f 18583d05a46.html，2011-02-04.

TU473.1+6

A

1003-1995(2012)06-0046-04

2011-12-16;

2012-02-15

趙林杰(1982— )，男，江蘇徐州人，工程師，碩士。

(責任審編 孟慶伶)