預應力混凝土管樁檢測中低應變反射波法應用研究

彭方明 （安徽省建筑工程質量第二監督檢測站，安徽 合肥 230031）

1 引言

近年來，隨著我國城市人口的不斷增加，城鎮化進程進一步加快，城市里在建工程的數量也在不斷增加。如城市里在建數量龐大的高層建筑，由于其載荷較大，對地基處理的要求較為嚴格。在安徽硬黏土地區，傳統的灌注樁造價高，施工周期長，而預應力混凝土管樁的造價較低、施工周期短、承載力高，故而常常被用作高層建筑物的樁基礎，但是管樁在硬黏土區域施工過程中擠土效應顯著，容易出現樁身斷裂、樁身上浮等質量缺陷，對管樁的完整性造成不利影響[1]。同時，管樁自身又是一項埋入地下的隱蔽工程，其完整性無法通過肉眼直接觀測獲得。管樁基礎作為建筑物結構的重要組成部分，其質量的好壞是決定建筑物安全與否的決定性因素，故對管樁的完整性進行檢測是十分有必要的。

目前實際工程中常采用低應變高應變法、反射波法、鉆孔取芯法、聲波透射法等來檢測管樁樁身的完整性，其中低應變反射波法具備檢測快速、便捷等優點，能有效彌補基樁靜載試驗抽樣率較低的問題，使得檢測結果更具有代表性，故而在管樁的完整性檢測領域被廣泛推廣應用。

2 低應變反射波法檢測管樁的原理

低應變反射波法檢測管樁的示意圖如圖1所示，其基本原理為：由于樁長一般遠大于樁的直徑，可以將樁身等價為一維桿，材料各向分布均勻且性能相同，沿樁身方向的橫截面積不會發生變化[2]。在管樁樁身頂部進行垂向激振，從而迫使管樁的質點受迫振動產生沿樁身向下傳播的應力波。在應力波的傳播過程中，如果遇到管樁樁身質量有缺陷的界面，該界面可以為混凝土分布有差異的界面（如斷樁或嚴重析離部位）或管樁橫截面積發生變化的部位（縮、擴徑），應力波將會產生發射和透射[3-5]。結合反射波波速的振幅、到達時間和波速可以對管樁的完整性、缺陷程度和位置進行一個綜合的判斷。

樁身缺陷的位置可根據下式計算

式中：x—樁身缺陷的位置到樁頂傳感器的垂直距離（m）；

Δtx—波速速度的第一個峰值與樁身缺陷反射的峰值之間的時間差（ms）；

c—應力波通過樁體的波速（m/s）。

圖1 低應變反射波法原理示意圖

3 低應變反射波法試驗評定標準

根據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106-2014)[6]中的相關規定，樁身完整性可以根據時域信號特征和幅頻信號特征的不同分為以下四類，具體見圖2。

進行樁身完整性判斷需要注意的是，對所在場地和地質條件相同且樁型以及沉樁工藝相同的基樁，當樁端部分樁身阻抗與持力層匹配使得實測信號中沒有出現柱底反射波時，樁身完整性判斷可以根據處于相同場地下的其他有樁底反射波的基樁來進行判斷。

樁身完整性的判斷準則如下。

Ⅰ類樁：樁身結構完整；

Ⅱ類樁：樁身基本完整，存在輕微缺陷，不影響整體承載性能；

圖2 樁身完整性結果評估圖

Ⅲ類樁：樁身有明顯缺陷，對樁身整體的承載性能造成影響；

Ⅳ類樁：樁身存在嚴重缺陷，需進行工程處理。

4 工程實例

4.1 工程概況

某工程需要對基樁進行低應變反射波法檢測，樁基礎設計根據設計圖紙，基礎采用預應力混凝土管樁，具體樁型為PHC-500AB（125），按圖紙設計要求基樁樁端持力層為全風化泥質砂巖，單樁豎向承載力特征值為2200kN，樁身混凝土強度等級C80，工程樁總數86根。根據設計、有關規范及規程，檢測樁數86根。主要技術依據和標準為《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ106-2014）。

4.2 試驗設備

本次測試采用的儀器設備為武漢巖海工程技術開發公司研制的RS-W(P)型24位浮點樁基動測儀，使用的傳感器是朗斯測試技術有限公司的LC0154TA型內裝壓電加速度傳感器。當使用力棒激振后，用安裝在管樁頂部的傳感器接收樁底及樁間反射的應力波信息，然后使用多通道數字濾波，指數放大，數字頻譜分析等高科技技術來改善測試信噪比，以確保檢測結果的可靠性。

4.3 試驗操作

本次現場檢測時，嚴格遵循《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106-2014)的技術要求，在測試前，確保安裝傳感器部位的混凝土是密實平整的，將傳感器垂直安裝于管樁的頂部，使用黃油做耦合劑，用帶有尼龍頭的力棒對管樁頂部進行激振。在每根管樁的樁頂安裝2～4個傳感器檢測點，激振點布置在樁心，檢測點宜為樁壁厚的1/2處，檢測點和激振點與樁中心連線形成的夾角宜為90。，每個檢測點記錄3～5個有效信號，確保實測信號可以準確的反映管樁樁身的完整性狀況。本次檢測的實測時域信號未經指數或線性放大。

4.4 檢測結論

圖3 樁身完整的波形

圖4 樁身有輕微缺陷的波形

本工程使用低應變反射波法檢測了86根管樁，根據《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106-2014)中關于樁身完整性評判標準，其中Ⅰ類樁共83根，占被測基樁總數的96.51%；Ⅱ類樁共3根，占被測基樁總數的3.49%。Ⅰ類樁和Ⅱ類樁的樁身完整性滿足使用要求。圖3和圖4為典型的使用低應變反射波法獲得的波形，圖3為樁身完整的Ⅰ類樁，圖4為樁身有輕微缺陷的Ⅱ類樁，缺陷位置位于樁頂下約10.2m。

5 結論

樁基工程是建設工程的重要構成部分，是確保整個建筑工程結構可靠性的基石，故在硬黏土區域管樁的完整性檢測顯得尤為重要。低應變反射波法檢測管樁樁身完整性有簡單快捷等優點，因而廣泛被應用于建設工程管樁樁身完整性的檢測領域中。但在實際工程中，造成管樁缺陷的原因較多，因此需要現場操作人員具備豐富的工程經驗，結合現場的實際情況作出合理的檢測結論，以保障使用低應變反射波法檢測管樁完整性時檢測結果的精確性。