基樁低應變反射波法檢測中淺部缺陷的判定及工程實例

原力智, 徐 磊, 劉 軍

(湖北省地質實驗測試中心,湖北 武漢 430034)

隨著近些年施工樁型及工藝的多樣化、建筑場地地質條件的日益復雜及基樁施工的高度隱蔽性等因素,對檢測人員素質及能力提出了更高的要求,只有提高基樁檢測工作的質量和判定結果的可靠性,才能保證基樁工程的質量與安全,從而為后期的上部結構安全奠定堅實的基礎。

眾所周知,基樁樁身段淺部如果存在嚴重缺陷,會造成結構基礎隱患,當嚴重缺陷部位位于樁身淺部時,將直接影響樁頂應力向下傳遞,單樁承載力將大打折扣,其破壞后果不可想象。然而,在基樁低應變反射波法檢測實踐中,如何較為準確地分析判定基樁淺部是否存在嚴重缺陷,是檢測工作者常常面對的問題。本文就此結合工程實際經驗對其低應變反射波法實測曲線特征進行探討和分析總結。

1 低應變反射波法原理

低應變反射波法是以一維波動理論為基礎。假定樁身為一維彈性均勻桿件,假設一維平面應力波沿樁身向下傳播,當遇到樁身存在明顯的波阻抗差異界面時,將產生反射和透射波。根據應力波理論,樁身縱波可用下面的一維波動方程表示:

(1)

根據應力波理論,應力波在樁身傳播過程中,波阻抗發生變化的界面處,縱波速度如下:

(2)

由上式可以看出,反射波法反映的也僅僅是樁身波阻抗相對變化的位置和程度,也就是相對的樁身結構完整性,對缺陷的程度和性質也是只做推斷分析,特別是樁身淺部位置。不清楚這一點,在實踐應用中就會容易造成錯判、漏判的結論。有經驗的檢測人員還需運用其他多種檢測手段作更進一步檢測、驗證等(如開挖、鉆芯等),匯總多方面信息及資料后綜合判定。

2 工程實例

為了更好地說明基樁存在淺部嚴重缺陷的時域曲線特征,本文先列出以下三條典型的完整樁時域曲線(圖1-圖3),基本特征滿足式(1)。

圖1 完整樁下預制管樁實測曲線圖Fig.1 Measured curve of prefabricated pipe pile under complete pile注：管樁外徑500 mm,樁長21 m,樁身砼強度等級C80.測試時手錘激發,耦合劑采用橡皮泥。

下面介紹淺部存在嚴重缺陷的和淺部擴徑引起的波形異常樁，實測曲線基本特征滿足式(2)，并附開挖驗證照片。

在圖4中,可以看出預制管樁實測曲線形態為正弦振蕩曲線,在首峰下降處出現一明顯畸變拐點,疑似該樁測點以下1 m左右范圍內存在明顯缺陷。

圖2 完整樁下摩擦樁實測曲線圖Fig.2 Measured curve of friction file under complete pile注：樁徑800 mm,樁長21 m,樁身砼強度等級C40,測試時力棒激發,耦合劑采用橡皮泥。

圖3 完整樁下嵌巖樁實測曲線圖Fig.3 Measured curve of socketed pile under complete pile注：樁徑1 000 mm,樁長22 m,樁身砼強度等級C35,測試時力棒激發,耦合劑采用橡皮泥。

圖4 淺部缺陷下預制管樁實測曲線圖Fig.4 Measured curve of prefabricated pile under shallow defect注：管外徑500 mm,樁長25 m,樁身砼強度等級C80.測試時手錘激發,耦合劑采用橡皮泥。

開挖情況證明該樁距樁頂1.1 m左右存在多條裂縫,間距20～30 cm,但均未貫穿(圖5)。

圖5 開挖深度1.5 m，驗證照片Fig.5 Verifying photo of excavation depth of 1.5 meters

在圖6中,可以看出嵌巖樁實測曲線形態在2/LC時刻前出現嚴重缺陷反射波和周期性反射波,無樁底反射波。疑似該樁測點以下2.8 m左右范圍內存在明顯缺陷。

圖6 淺部缺陷下嵌巖樁實測曲線圖Fig.6 Measured curve of socketed pile under shallow defect注：樁徑800 mm,樁長29 m,樁身砼強度等級C40,測試時力棒激發,耦合劑采用橡皮泥。

開挖情況證明該樁距樁頂2.7 m處斷裂,為嚴重樁身缺陷(圖7)。

圖7 開挖深度3 m，驗證照片Fig.7 Verifying photo of excavation depth of 3 meters

在圖8中,可以看出嵌巖樁實測曲線形態為距樁頂1.9 m左右有一異常同向反射波,后續波形正弦振蕩,疑似為明顯縮徑類缺陷。

圖8 淺部缺陷下嵌巖樁實測曲線圖Fig.8 Measured curve of socketed pile under shallow defect注：樁徑1 000 mm,樁長22 m,樁身砼強度等級C40,測試時力棒激發,耦合劑采用橡皮泥。

圖9顯示嵌巖樁身完整情況,將擴徑部位截除后再予檢測,檢測波形完好,判定為Ⅰ類樁。證明原檢測波形異常部位是由該部位樁身不規則擴徑所導致的。

圖9 開挖深度2 m，驗證照片Fig.9 Verifying photo of excavation depth of 2 meters

在圖10中,可以看出嵌巖樁實測曲線形態為距樁頂0.8 m左右負向首波異常,后續波形正弦振蕩,疑似為樁頂淺部明顯離析或存在空洞類缺陷。

圖10 淺部缺陷下嵌巖樁實測曲線圖Fig.10 Measured curve of socketed pile under shallow defect注：樁徑1 000 mm,樁長19 m,樁身砼強度等級C40,測試時力棒激發,耦合劑采用橡皮泥。

開挖情況證明該樁距樁頂1 m處樁身存在大肚現象(擴徑),為探明擴徑部位以下樁身完整情況,擴徑部位截除后再予檢測,檢測波形完好,判定為Ⅰ類樁(圖11)。證明原檢測波形異常部位是由該部位樁身混凝土大肚(擴徑)所導致的。

3 綜合分析總結

根據大量工程樁的實測以及開挖驗證結果,通過實例分析,基樁淺部缺陷低應變曲線主要有如下特征:

(1) 檢測曲線失真,呈現不規則振蕩衰減,即在樁頂附近存在缺陷時,激振時,樁頂與傳感器同時振動。

圖11 開挖深度1 m，驗證照片Fig.11 Verifying photo of excavation depth of 1 meter

(2) 曲線基本形態為長周期的正弦振蕩曲線,總體呈指數規律衰減,形成大振幅的低頻寬幅大擺動波形[1]。

(3) 首波后往往疊加有淺部缺陷的多次反射波,小錘、高脈沖時很容易體現出來,重錘、低脈沖時就不明顯[2]。距樁頂極淺部位缺陷時,曲線波形的同一性較差,即不同測點采取得曲線一致性很差。

(4) 當缺陷為全截面斷裂時,檢測曲線往往表現為正弦振蕩信號,未全截面斷裂時,振蕩曲線上往往疊加有缺陷截面的反射信號。

4 結束語

工程樁淺部缺陷(距樁頂1.0～2.0 m)在判定上與一般的缺陷判別相似,區別在于缺陷部位距樁頂較近,導致缺陷信號多次反射并產生疊加效應,以至于很難發現樁底信號,容易造成誤判。對此,檢測人員應從多方面入手,結合地質條件、施工工藝、施工參數,必要時采取開挖、鉆心等多種手段交叉印證,只有這樣才能客觀地判斷淺部缺陷性質和位置。

參考文獻：

[1] 中國建筑科學研究院.建筑基樁檢測技術規范：JGJ106-2014[S].北京：中國建筑工業出版社,2014.

[2] 陳凡,徐天平,陳久照.基樁質量檢測技術[M].北京:中國建筑工業出版社,2014.