低應變反射波法在嵌巖樁檢測中的應用與探討

高智千

(昆明鐵路局滇西鐵路建設指揮部, 云南大理 671000)

嵌巖樁目前在工程中得到廣泛應用，而復雜多變的地質條件和施工工藝的影響造成嵌巖樁樁身截面尺寸不規則、質量差異較大。在檢測的過程中，曲線較為雜亂，給樁身的完整性判別、樁身缺陷的程度及位置范圍的判定造成諸多困難。

1 基本原理

低應變反射波法是建立在一維桿波動理論的基本原理上，將樁等價為一細長的桿，當均質彈性體樁受到一縱向錘擊力時，由平衡關系及虎克定律得到樁的縱向運動方程：

式中c為沿樁身傳播的縱波波速。當波沿樁身傳播遇到阻抗發生變化時，會產生反射與透射。

2 應用現狀及分析

(1)檢測曲線無明顯樁底反射信號甚至無樁底反射信號(圖1)。

圖1 檢測曲線

某鐵路橋墩墩臺樁基礎設計樁長15.5m，樁徑1.00m，混凝土強度等級為C40，旋挖鉆成孔。地質情況如下：0～1.4m泥質砂巖，全風化；1.4～5.9m泥質砂巖，強風化；5.9～16.78m泥質砂巖，弱風化。檢測曲線如圖1，該曲線無樁底反射信號，依據相關規范，結合地質資料以及施工情況，確定該樁樁身完整。

(2)土石分界處對曲線特征的影響：在樁身由土層進入巖層的分界處，由于地層特性的顯著變化，影響曲線特征。

某橋墩墩臺樁基礎設計樁數8根，樁長18.0m，樁徑1.0m，采用C35水下混凝土，旋挖鉆成孔，基坑深4.6m。地質情況如下：0～3.887m粉質黏土；3.887～7.187m粗砂，中密；7.187～8.587m全風化含礫砂巖、泥質砂巖；8.587～9.487m強風化含礫砂巖、泥質砂巖；9.487～21.50m弱風化含礫砂巖、泥質砂巖。檢測曲線如圖2，在樁身3.5m左右均有較強的同向反射，且在樁身淺部無擴徑現象。結合實際情況，采取鑿除3.5m以上部分后再次檢測，檢測曲線如圖3，鑿除以后曲線規則。在3.5m左右處為樁身入巖位置，綜合以上檢測情況，結合地質資料、施工情況，確定該同向反射為地層變化引起，該樁樁身完整。

圖2 第一次檢測曲線

圖3 鑿除后檢測曲線

(3)施工工藝對曲線特征的影響：穿過覆蓋層的樁身段，一般使用護筒，在混凝土灌注完成后的一定時間內，護筒需拔出，由于拔出護筒的最佳時間難以準確掌握，施工方經常過早拔出護筒，并由此造成塌孔從而造成樁身截面極不規則 (見圖4)，檢測曲線如圖5。

圖4 開挖照片

圖5 測試曲線

(4)驗證：對于樁身淺部完整性無法判別的，如擴孔引起的極不規則的樁身截面，在樁身淺部引起強烈的同向反射且樁身的深部曲線雜亂，采取開挖驗證(圖4、圖7)。對于樁身深部有強烈的同向反射且樁身完整性無法判別的，通過鉆芯取樣驗證(圖9、圖10)。

橋墩墩臺樁基礎設計樁長17.0m，樁徑1.0m，混凝土強度等級為C35，采用旋挖鉆方式成孔。地質情況為：0～3.98m粉質黏土，3.98～9.46m卵石土，9.46～18.69m泥質粉砂巖，檢測曲線見圖6。

圖6 檢測曲線

從圖6中可以看出，該墩3號樁檢測曲線與其它樁曲線差異較大，在樁頂以下3.5m左右處同向反射明顯，且樁頭無擴徑現象。綜上，采取現場開挖至4.0m驗證(圖7)。

圖7 3號樁開挖現場

從圖1～圖7中可以看到，該樁樁身截面屬于漸變型，從樁頂往下樁身截面逐漸擴大，最大直徑約為1.5m，而設計樁徑為1.0m，從最大直徑處又逐漸回歸正常樁徑。該樁截面尺寸的不規則導致曲線不規則，具體體現為有較強的同向反射。

某橋墩墩臺樁基礎設計樁長16.0m，樁徑1.25m，混凝土強度等級為C35，成孔方式為沖擊鉆成孔，地質情況如下：0～1.425m回填土，1.425～2.869m粉質黏土，2.869～3.94m礫砂，3.94～20.01m，凝灰質砂巖。檢測曲線如圖8。

從圖8中可以看出，該樁四個不同點位采集的曲線均在13.0m有強烈的同向反射。結合地質情況和基坑深度，樁身13.0m已經進入凝灰質砂巖地層，且鉆孔、灌注過程順利，無異常情況發生，鑒于以上情況，對該樁采取鉆探取芯驗證，取芯現場芯樣照片如圖9、圖10。

圖8 檢測曲線

圖9 7-1號孔芯樣

圖10 7-2號孔芯樣

根據鉆探取芯情況，樁端支承于弱風化凝灰質砂巖，樁身局部有輕微缺陷，達到II類樁要求。

3 影響樁身完整性的因素

結合工程實踐，影響嵌巖樁樁身完整性的因素有：

(1)地質條件及巖層變化：如巖溶地區，由于溶洞的存在，在灌注的過程中普遍存在混凝土超灌方量較大，造成樁身截面不規則。地層顯著變化，如土石分界處引起曲線異常。

(2)施工工藝及施工質量的影響：如成孔方式的選擇，拔護筒過程中坍塌、擴徑引起的樁身截面不規則，混凝土的質量。

(3) 其它外部因素的影響：如樁頭處理較差，在基坑開挖過程中造成的樁身淺部開裂甚至斷裂。

4 結束語

對于樁身截面規則的嵌巖樁，采用低應變反射波法檢測快捷、經濟，能夠快速準確判斷樁身完整性，判定樁身缺陷的程度及位置范圍。但是對于樁身截面多變、漸變或者突變，地質條件復雜的嵌巖樁，采用低應變反射波法面臨一定的局限性，需要結合地質和設計等有關資料，采用開挖方法或者鉆芯法加以驗證。