嵌巖樁低應變法檢測問題分析

陳宗起 李國良

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300251)

嵌巖樁低應變法檢測問題分析

陳宗起 李國良

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300251)

通過理論分析并結合實例，對低應變法檢測過程中遇到的問題進行分析。判釋時需要考慮地質地層條件、巖石風化程度、施工工藝等因素的影響，遇到疑問樁，要用多種方法進行驗證及綜合評定。

嵌巖樁 低應變法檢測 問題分析 綜合應用

樁端嵌入巖體中的樁稱為嵌巖樁。嵌巖樁在鐵路橋梁基礎工程中大量使用，嵌巖樁的質量控制包含樁身砼質量和樁端嵌巖質量。低應變法是目前檢測樁身混凝土完整性質量的主要方法，因其簡便、快捷、經(jīng)濟的特點，在適宜的端承摩擦樁或端承樁中也得到廣泛應用。

鐵路工程因線路里程長，地質條件復雜多變，嵌巖樁受成樁工藝、入巖深度、風化程度、沉渣厚度和樁身截面變化等因素的影響，造成低應變法實測曲線很不規(guī)則，給樁身質量的分析判定帶來很大的不確定性。

1 低應變法檢測原理簡介

1.1 波動方程

在樁頂施加激振力產(chǎn)生應力波，應力波沿樁身傳播過程中，遇到樁身缺陷或截面變化和樁底時，由于波阻抗變化，將產(chǎn)生反射波。通過分析反射波的時程、相位、幅值和波形特征，判定樁身混凝土的完整性，其理論建立在一維桿波動理論的基本原理上。由平衡關系及虎克定律可得樁的波動方程

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結合邊界條件可對方程求解。

1.2 數(shù)據(jù)分析與判定

(1)分析方法

樁身完整性分析以時域分析為主，輔以頻域分析。

(2)樁身波速平均值的確定

當樁長已知、樁底反射信號明顯時，選取相同條件下不少于5根Ⅰ類樁的樁身波速計算樁身平均波速；當樁身波速平均值無法在本場地確定時，可根據(jù)本地區(qū)相同樁型及施工工藝的基樁測試結果，結合樁身混凝土強度等級與經(jīng)驗綜合確定。

(3)樁身缺陷位置按下列公式計算

2 實測中的幾個問題

2.1 樁底同相反射信號分析

一般情況下，多數(shù)嵌巖樁在入巖位置因波阻抗增大，其反射信號與入射波相位相反；在檢測過程中發(fā)現(xiàn)，存在嵌巖樁樁底反射信號與入射波同相位，此現(xiàn)象多數(shù)被認為是樁底沉渣過厚等缺陷，但實踐中問題未必有這么嚴重。

如圖1，為某鐵路橋梁基樁的實測時域波形，基樁設計樁長18.0 m，樁直徑1.0 m，顯示有明顯的同相位樁底反射信號，實測波形類似于摩擦樁的情況。其地質資料表明，基樁持力層為青灰色千枚巖，清孔和灌樁記錄并無不良現(xiàn)象。后經(jīng)取芯驗證，樁身混凝土完整，樁底與基巖膠結好，判定為Ⅰ類樁。

圖1 樁底同相反射明顯的實測曲線

分析上述實例，嵌巖樁持力層為具有千枚狀構造的千枚巖，弱風化，變質程度介于板巖和片巖之間；因其密度、波速均小于樁身混凝土，所以基巖的波阻抗小于樁身波阻抗，造成樁底同相反射信號。

2.2 樁身巖層變化處曲線特征

實測中，巖層風化程度不同，巖體強度差異大，加上施工工藝的影響，造成嵌巖樁低應變法曲線復雜。采用錘擊成孔工藝由軟層進入硬層時，因下部巖層強度高，自由落下的重錘易擾動軟巖層，使巖層交界處截面擴大，上、下巖體強度差異造成變層處波阻抗增大，低應變法實測曲線呈現(xiàn)與入射波反相位信號。

如圖2，某鐵路客專橋梁基樁，樁長為17.5 m，樁徑1.0 m，曲線顯示樁身11.0 m左右擴徑；勘察報告表明，樁頂高程下，千枚巖地層10.7 m由強風化過渡到弱風化地層，灌注時此處砼澆筑量增大，整樁充盈系數(shù)達到1.75，所測試的曲線擴徑處與地質情況變層深度相吻合。

圖2 強風化進入弱風化地層反相實測曲線

另外，部分嵌巖樁樁身入巖處也會出現(xiàn)較強的同相位反射信號，類似于縮徑或斷樁。結合相應的地質資料、成孔記錄以及灌樁記錄分析，判斷是因為入巖段樁身截面漸擴后陡縮恢復至原樁徑產(chǎn)生的同相位反射，俗稱“假縮徑”。如圖3，樁長為22.0 m，樁徑1.0 m的一橋梁基樁，巖層自強風化進入弱風化層，曲線同相反射信號明顯，經(jīng)鉆探取芯驗證，樁身砼質量良好，避免了對樁身完整性的誤判。

圖3 強風化進入弱風化地層同相實測曲線

上述分析可見，低應變檢測曲線復雜，具體判釋要結合地質條件進行；圖2、圖3實測曲線樁底反射信號均不明顯，無法確定樁身平均波速，因巖層變化處存在明顯反射信號，實踐中可根據(jù)地層的埋深來核對樁身平均波速。

2.3 低應變法與聲波透射法的比對問題

一段時間以來，鐵路工程的基樁檢測要求按一定比例進行低應變法與聲波透射法兩種檢測方法的比對試驗。

聲波透射法檢測不受樁長的限制，對樁長的判定直接有效。采用這種方法時應考慮預埋聲測管，施工時對聲測管的材質和安裝質量要求高，需確保聲測管順直、通暢且相互平行，連接處和管底有效封閉；該方法檢測精細，能夠較好地判斷混凝土的局部細小缺陷。

低應變法更適宜對基樁截面變化(擴徑、縮徑)、樁身中上部砼質量的檢測，因樁的深部反射信號太弱，判定樁的深部質量是很困難的。

某鐵路客專橋梁工程嵌巖樁，聲波透射法測試結果為：兩個剖面在樁頂下24.2～25.0 m處測點的聲速、波幅低，PSD值異常突變，另一剖面在此范圍內各聲學參數(shù)也低于臨界值，判定樁身質量存在嚴重缺陷；比對的低應變法實測曲線經(jīng)3倍指數(shù)放大后在此處有一微弱同相位信號，表明對缺陷有反映，因不明顯，往往很容易被技術人員忽略而引起誤判。

低應變法和聲波透射法兩種檢測方法各具特點，適宜性有所不同，但對完整性的判斷和檢測結論應是基本一致的。所以說，嵌巖樁低應變反射波法檢測的可靠性與檢測單位和檢測人員的技術水平、經(jīng)驗、責任心有很大關系。

2.4 嵌巖樁低應變法檢測與其它方法的綜合應用

在檢測嵌巖樁的實踐中，既要認識到低應變法對嵌巖樁檢測的積極作用，又要實事求是地看到在檢測有些嵌巖樁時需要結合其他方法綜合判定。對于大直徑嵌巖樁，當出現(xiàn)信號復雜，無法對其進行準確分析和評定時，可采用鉆探取芯的方法驗證；當對嵌巖樁沉渣厚度或樁身質量有疑問時，可使用靜載荷試驗來驗證樁在荷載作用下的可靠性，以此來判定整樁是否可用。

當樁側摩阻力很大，入巖反射信號不明顯時，可有針對性地做一部分高應變法輔助測試，該方法錘擊能量大，可較好激發(fā)出樁周土阻力的信息和樁身阻抗變化，以檢測深部樁身質量；由于高應變動測不需預先在樁身埋置聲測管，具有更大的靈活性，但現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集操作比較麻煩。現(xiàn)階段鐵路工程嵌巖樁的高應變法測試較少，有待進一步總結。

需要注意的是，隱蔽工程要堅持預防為主的原則，加強過程控制；施工中除控制好混凝土質量外，還應對成孔質量進行檢測。

3 結論

鐵路橋梁工程嵌巖樁由于樁身混凝土、成樁過程及巖土自身的復雜多變性，造成在檢測中低應變曲線復雜多樣，分析判釋時要參考多種參數(shù)，尤其要重視地質條件、巖石風化程度、施工工藝的影響，實踐中遇到疑難問題時要應用其它方法進行驗證，以綜合手段進行檢測、判釋和評定。

基樁檢測只是一種檢驗手段，根本解決基樁質量問題必須加強施工過程控制。

低應變法檢測及資料分析需由經(jīng)驗豐富、責任心強的人員來完成，檢測單位應加強培訓、交流，以提高業(yè)務水平。

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AnalysisfortheProblemsofLowStrainingIntegrityTestingUsedforSocketedPile

CHEN Zongqi LI Guoliang

2013-11-07

陳宗起(1973—)，男，2005年畢業(yè)于北京交通大學土木工程專業(yè)，高級工程師。

1672-7479(2014)01-0039-03

TU473.1

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