地質條件在低應變反射波法檢測中的作用分析

羅傳奇

摘 要：低應變反射波法檢測擁有著諸如經濟、快捷等許多不可替代的優點，是地基基礎檢測中檢測樁身完整性的重要方法。由于低應變反射波檢測具有多解性，在實際工作中檢測人員往往又容易忽略地質條件對反射波曲線的影響，無形中人為地減小了低應變反射波法檢測的準確性。針對這一情況，本文介紹了低應變法檢測的基本原理，并結合工程實例分析了地質條件對反射波曲線特征的影響，對低應變反射波法檢測工作具有一定的指導意義。

關鍵詞：低應變反射波法；地基基礎檢測；樁身完整性；地質條件

1、引言

低應變反射波法又叫反射波法，檢測目的為探測樁身缺陷及其位置，并根據缺陷類型判定樁身完整性類別，是目前國內外工程檢測中最為常見的一種方法[1]。實踐表明，地質條件是影響反射波曲線特征的其中一個重要因素，往往檢測人員由于不重視工程地質條件，單純從反射波曲線特征區分析樁身的完整性，將樁看做一個獨立體，不能準確判定轉身的完整性類別。

2、反射波法檢測的基本原理

一維彈性桿件模型是反射波法的理論基礎，即假設樁為等截面直桿，樁長遠大于樁徑，且頂端受激振后1.5倍樁徑下桿截面只有縱向變化橫向變化很微弱可以忽略，仍保持平面。當應力波在樁身傳播時，若樁身存在明顯的波阻抗差異界面，將產生反射波，通過分析反射波的頻率、波幅、位置、是否有多次反射等，判斷缺陷位置并對樁身完整性作出判斷[1]。其一維波動方程為： ，式中U為沿應力波傳播方向的位移，t

為傳播時間，C為傳播速度。

3、地質條件對反射波曲線特征影響分析

根據一維波在桿件中的傳播規律，反射波曲線是同向反射還是反相反射主要根據公式 來判斷，式中n為阻抗比，ρ為樁密

度，C為波速，A1ρ1C1為入射波波阻抗界面，A2ρ2C2為反射波波阻抗界面。當n小于1時，表示應力波由強波阻抗界面進入弱波阻抗界面，反射波曲線呈同相反射；當n等于1時，表示上下界面波阻抗無差異，沒有反射波；當n大于1時，表示應力波由弱波阻抗界面進入強波阻抗界面，反射波曲線呈反向反射[2]。

樁進入土中以后，由于樁側巖土阻力的緣故，較放置在空氣中的樁來說，應力波傳播過程中會受到樁側巖土阻力影響，反射波衰減變快，探測的有效深度相對減少，此時曲線形態特征不僅包含了樁身波阻抗差異信息，還包含了樁側巖土變化的信息。當樁側巖土存在軟硬地層的交界面時，在交界面附近會形成強波阻抗界面，反射波曲線在對應位置上出現類似于缺陷反射的同相反射；對于嵌巖樁，若持力層強度與樁身砼強度相比差異不大或低于樁身砼強度時，阻抗界面差異小，樁底反射便不明顯，甚至在樁底位置會出現類似于沉渣的同相反射，因此嵌巖樁樁底反射是同向反射也是正常，需具體分析持力層巖土類別；若樁側巖土含有砂性土層（顆粒較大的土質）時，成孔過程中包含該類土質的地層在成孔時易掉塊甚至塌孔，導致多數鉆孔灌注樁反射波曲線均存在擴徑現象；由于水與巖土體之間的相互作用會改變巖土體的化學性質或物理性質，使得巖土體的強度發生改變，因此在分析反射波曲線時需考慮地下水的埋深可能對曲線特征造成的影響；施工時在某些地質條件下選擇了不適用的成孔方式或樁型，可能導致持力層在鉆孔時容易破碎（使得樁底反射在反射波曲線上表現為正反射）等不良情況也需注意。此外，各地層側摩阻力大小、地層起伏情況等地質條件也同樣需要關注。

4、工程實例分析

實例1：某工程基礎設計采用鉆孔灌注樁，樁徑1.0m，樁長24.8m，設計轉身砼強度C30，持力層為粉質粘土，利用反射波法對其樁身完整性進行檢測。初次檢測反射波曲線特征如圖1所示，檢測員通過其反射波曲線特征（7.9m處嚴重缺陷反射，15.8m處二次反射明顯，無樁底反射）將其樁身完整性初步判定為Ⅲ類。施工單位在與業主單位及監理單位協商后決定采用開挖的方式對其樁身完整性進行驗證，開挖深度9.0m。在7.9m左右位置出現樁徑先擴大后恢復至正常的情況，擴大尺寸約為原樁徑的1.4倍。在將擴大部位鑿掉后進行復測，7.9m處同向反射消失，樁底反射明顯，為Ⅰ類樁反射波曲線特征。隨著該工程樁身完整性檢測的深入，多數樁的反射波曲線在8.0m附近均出現同向反射，即該工程反射波曲線特征具有一定的共性。在查閱該工程巖土工程勘察報告時發現該區域地層分布規律為：雜填土，黏土，淤泥，含礫粉質粘土，粉質粘土，其中含礫粉質粘土層厚3.0～4.5m，埋深8.2m。經分析：含礫粉質粘土層屬“弱透水層”，在灌注混凝土的時候拔管速度過快，導致含礫粉質粘土層塌孔，樁徑擴大。經查閱該工程施工記錄，其充盈系數多為1.5左右！

實例2：某工程基礎設計采用鉆孔灌注樁，樁徑0.8m，樁長14.5m，設計轉身砼強度C25，持力層為微風化白云巖，利用反射波法對其樁身完整性進行檢測。反射波曲線顯示樁身長度滿足設計要求，波速在正常范圍，但是樁底反射為同向反射。通常微風化白云巖屬于較硬巖，強度大于本次測試樁的樁身強度，基于此初步判定該樁沉渣較厚，為Ⅲ類樁。經取芯驗證，無沉渣，但是作為持力層的微風化白云巖表面布滿了裂縫，經測試，抗壓強度低于15Mpa，持力層強度不滿足設計要求，報與設計單位后，變更了設計樁長。經分析：該區域白云巖分布范圍較廣，埋深淺，地下水位較高。白云巖在與水的長期作用下溶蝕裂縫較發育[3]，使得其強度下降明顯，低于樁身強度，使得樁底反射為同向反射！

5、結論

低應變反射波法主要根據樁身波阻抗差異對對樁身完整性進行檢測，其結果具有多解性，反射波曲線不僅包含著樁身波阻抗差異的信息（樁徑變化、樁身材料密度變化等），往往還包含著樁側巖土變化的信息。為更真實反映轉身信息，現場采集數據時應根據實際樁長、樁徑等樁身參數嘗試選擇材質不同的力棒、錘擊力度、錘擊點與探頭粘結點之間的距離等，并將施工記錄、巖土工程勘察報告等資料收集齊備；在分析反射波法曲線時，不宜單純地將樁看做一個獨立體來分析，而應將地質條件充分考慮進來，有無砂性土（透水層）、有無軟地層與硬地層分界點等。此外，還應考慮灌注混凝土是有無護筒、在某種地質條件下所采用的成孔方式可能出現的特殊情況（如塌孔、清孔不徹底導致沉渣偏厚等）等，并參考同種類型的樁在同區域相同或相似的地質情況下反射波曲線特征的共性，綜合地分析反射波曲線，更加準確地對樁身完整性做出評價！

參考文獻：

[1] JGJ106-2014，建筑基樁檢測技術規范[S].

[2] 劉屠梅，趙竹占，等.基樁檢測技術與實例[M].

[3] 杜斌山，賀振華，等. 碳酸鹽巖溶洞厚度定量預測方法研究與應用[J].地球物理學進展，2012，27（6）：2528-2530.