低應變反射波法判定鉆孔灌注樁完整性實例

摘要：在鉆孔灌注樁完整性檢測中，如果對樁基完整性做出錯判、漏判，將會留下嚴重的安全隱患甚至會造成嚴重的工程質量事故。為了提高灌注樁完整性檢測數據判讀的準確性，本文結合工程實例，應用對鉆孔灌注樁完整性進行判斷，最后給出科學、合理的判斷結果，對類似工程有借鑒意義。

關鍵詞：低應變反射波法；鉆孔灌注樁；樁基完整性

鉆孔灌注樁作為一種基礎形式以其適應性強、成本適中、施工簡便等特點仍將被廣泛地應用于工程領域。灌注樁樁身混凝土的質量不夠穩定，常出現各種缺陷，基樁的樁身如果存在缺陷，就會對建筑物產生不良的影響，所以必須進行樁基質量檢測，以確保樁基質量。樁基礎施工質量的檢驗，隨著長、大樁徑及高承載力樁基礎迅速增加，傳統的靜載荷試驗已很難實施，而樁基低應變動測能無破損檢驗樁身的質量，并能有效彌補靜載荷試驗的不足，日益受到人們的重視，在樁基質量檢測中的應用越來越廣泛。

一、低應變反射波法原理

低應變反射波法是一種使用比較廣泛的基樁完整性檢測方法，與其它的基樁檢測方法相比，它具有操作簡便、快速高效的優點。它以應力在彈性固體內按一維傳播作為理論基礎，即樁長遠大干樁徑時，可將樁作為一維彈性桿件，工程中的鉆孔灌注樁就是這種一維彈性桿件。在樁身頂部利用特制的手錘進行豎向激振，產生一個特定頻率和能量的彈性波，波沿混凝土樁身向下傳播，遇到波阻抗明顯變化的界面（如斷樁、樁底、嚴重離析、擴徑、縮頸等），彈性波將產生上行反射。在樁頂某個位置設置傳感器（多為加速度傳感器）接 收初始信號和樁身的反射信號組合而成的時程曲線，經放大、 濾波和數據處理，利用事前獲得的波速，并結合地質條件及成樁記錄對基樁的缺陷位置、程度做出定性判斷，還可以校核樁長。

一維應力波理論的數學公式如下：

（1）應力波在混凝土中的傳播速度為：

C=（E/P）l/2

（2）定義樁阻抗為：

Z=EA/C=A×（EP）1/2=ACP

C—縱波在樁身混凝土中的傳播速度，m/s；

E—混凝土的彈性模量，N/m2；

P—混凝土的密度，kg/m3；

Z—廣義波阻抗，Ns/m；

A—樁身的截面積，m2。

從上式可知，波阻抗與樁截面積及樁身強度有關，即與樁身混凝土疏密程度截面積變化有關。

（3）當應力波V從阻抗Z1介質進入阻抗Z2介質，會產生反射波Vf和透射波Vt；

Vf=V×（Z1一Z2）/（Z1+Z2）

基樁小應變檢測時域波形還與樁側土摩阻力（樁周土質條件）有關，通常認為突變較大的反射信號以樁身阻抗變化為主，而漸變范圍較大的反射信號受土阻力影響大。完整樁的時域波形呈規律遞減，波形曲線形態平滑，波速較高，有1次或幾次明顯的樁底反射信號，樁底反射波信號與入射波同相。對于離析樁，一般反射波形不規則，反射不明顯，且波幅會出現陡降；對于縮頸樁，時域波形中常見到縮頸處反射與樁底反射信號，縮頸處會出現幾次反射信號，擴頸樁處反射波相位與入射波相位相反，波頻不變；斷樁及嚴重缺陷樁，缺陷的上界面處可能產生強烈的正向波，下界面不產生負向波；夾泥樁通常反射波相位與入射波相位相同，但一般反射波波幅會發生畸變。

二、現行規范的規定

按公路工程基樁動測技術規程 （JTG/T F81-01.2004）的規定，將基樁完整性分為四類，其定性描述如下：（1）I類樁：樁端反射較明顯，無缺陷反射波，振幅譜線分布正常，混凝土波速處于正常范圍；（2）Ⅱ類樁：樁端反射較明顯，但有局部缺陷所產生的反射信號，混凝土波速處于正常范圍；（3）Ⅲ類樁：樁端反射不明顯，可見缺陷二次反射波信號，或有樁端反射但波速明顯偏低；（4）IV類樁：無樁端反射信號，可見因缺陷引起的多次強反射信號，或按平均波速計算的樁長明顯短于設計樁長。《港口工程樁基動力檢測規程》（JTJ 249—2001）中規定Ⅲ類樁和Ⅳ類樁為不合格樁； 建筑基樁檢測技術規范 （JGJ106—2003）中規定Ⅳ類樁應進行工程處理。

三、工程實例

某工程中使用孔灌注樁，采用泥漿護壁。地層條件從上到下依次為雜填土、粉質粘土、細砂、中砂及卵石，樁端持力層為卵石，樁長7.5m，混凝土強度等級為C25，樁徑400mm，挖除地表土層2.0m后進行檢測，實際樁長5.5m， 檢測時混凝土齡期23d。下面進行對幾個典型基樁曲線進行分析：

C21樁測試波形如圖1所示，曲線平順，樁底明顯反射，波速為3，460m/s，屬正常范圍，完整樁，判定為I類樁；

B8樁測試波形如圖2所示。此樁所檢測波形基本平順，樁長范圍內出現與入射波同相位反射波，但反射不強，樁底反射明顯，波速為3，260m/s，屬正常范圍，有局部輕微缺陷，判定為Ⅱ類樁；

E11樁測試波形如圖3所示。樁長范圍內有與入射波同相位反射信號，且反射較強，該處截面波阻杭降低，說明此處可能存在縮徑、夾泥、混凝土離析等現象，樁底反射信號較弱，該樁在測點下3.0m左右應該存有嚴重缺陷，又施工記錄證實，由于地下水及沙層原因，此樁施工時泥漿護壁效果較差，有縮頸或夾泥的嫌疑，判定為Ⅲ類樁。經開挖驗證，在測點下3.0m處存在嚴重縮徑，與小應變判讀結果吻合。

C12樁測試波形如圖4所示。曲線平直，樁底反射特別明顯，能看到3次樁底反射，計算波速明顯偏高，初步判斷為斷樁或樁長明顯偏短，查施工記錄得知，該樁在成孔后停滯時間過長，造成孔底沉渣過厚造成樁長明顯偏短，與小應變結果吻合。

四、優缺點探討

（1）低應變反射波檢測基樁完整性具有快速便捷的優勢，能夠定性判斷基樁完整性類別，定量確定缺陷存在的位置。低應變法檢測儀器體積小、攜帶方便、檢測時間短，檢測成本低，受環境影響較小，在一定條件下，檢測結果準確度相對較高，適用于樁基工程的大面積普查。

（2）低應變法測得曲線與力錘重量、墊材特性、打擊方法、樁土應力比等都有非常顯著的關系，對檢測人員的時間經驗要求很高；另外在數據判讀方面，較大程度上依賴于檢測人員的理論知識和實踐經驗，因此該方法對檢測人員素質要求比較高。為提高基樁檢測水平，首先要提升檢測人員的理論素養，重視時間經驗的積累和交流，并且要加強對施工記錄及勘察設計資料的收集，并進行綜合分析，才能最大限度的提高檢測結果判讀的準確性。