低應變反射波法檢測基樁的應用分析

劉元輝

廣州開發區建設工程質量安全檢測中心 廣東 廣州 510530

引言

國內建筑行業迎來新的發展時期，基樁工程得到廣泛應用。在工程施工中因受到地質條件、工藝水平等因素影響，樁身很可能出現縮頸、裂縫、離析等缺陷，應加強基樁工程質量檢驗，其中低應變反射波法具有快速、易操作、經濟等許多優點，被廣泛應用于普查基樁的完整性。然后根據低應變檢測的結果有針對性地選擇其他合理的檢測方法進行驗證檢測，可以有效地發現基樁的質量問題，保證基樁工程質量和安全。

1 低應變反射波法技術原理

若基樁中某處阻抗發生變化，當應力波從介質Ⅰ進入介質Ⅱ時，將產生速度透射波Vt和速度反射波Vr。檢測中主要研究對象是反射波Vr，樁身某部位阻抗變大或樁端阻抗變大時（如擴頸或嵌巖），即樁頂接收的反射波Vr值為負，表現在測試曲線（V-t曲線）上的特征為反射波與沖擊波相位相反，其相對阻抗越大，反向峰值越高；樁身某部位阻抗變小或樁端阻抗變小時（如縮頸、夾泥等），樁頂接收的Vr值為正，表現在測試曲線(V-t曲線)上的特征為反射波與沖擊波相位相同，相對阻抗越小，反向峰值越高。這是低應變測試中的樁身完整性的基本判定方法。

2 如何獲取優質的低應變信號

2.1 選擇精密的低應變檢測儀和相應分析軟件

好的儀器在數據采集時的信號的帶寬、抗干擾等方面有很大的優勢，這是獲取優質信號的前提。功能強大的數據分析軟件幫助能提高檢測結果的準確性。

2.2 樁頭的處理

對于灌注樁：需要完全破除樁頭浮漿，露出新鮮砼面，然后用磨具在距樁中心約2/3樁徑處均勻分布打磨出3～4個與樁身軸線垂直的平面，用于安裝傳感器，再在樁中心打磨一平面用作激振點，并清掃干凈。對于預制樁：應將樁頂面用抹布擦洗干凈，激振點和傳感器宜在同一平面內，且與樁中心連線形成的夾角宜為90°，激振點和傳感器安裝位置宜為樁壁厚的1/2處。

2.3 傳感器的安裝

應盡可能選擇加速度傳感器。安裝傳感器時要注意下列幾點：a.應保證傳感器的軸線與樁身的縱軸線平行；b.采用黏性好的膠結劑（如黃油），并使黏結劑在傳感器和樁頭間壓縮得盡量薄，保證傳感器與樁頭緊密接觸；c.傳感器安裝點及其附近不得有缺損或裂縫[2]； d.傳感器一定要安裝牢固。

2.4 激振錘的選擇

一般來說，對于淺部缺陷可選用錘重小的激振錘，深部缺陷則應選擇錘重大的激振錘，對于裂縫等類型的缺陷應選用硬質錘。現場檢測時可準備大小不同，軟硬不同的激振錘根據需要選用，切不可一個錘打天下。

3 樁身完整性類別和缺陷的判定

根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014）的規定將樁的完整性程度根據缺陷程度分為四類。Ⅰ類樁：樁身完整；Ⅱ類樁；樁身有輕微缺陷，不會影響樁身結構承載力的正常發揮；Ⅲ類樁；樁身有明顯缺陷，對樁身結構承載力有影響；Ⅳ類樁：樁身存在嚴重缺陷[1]。 樁身完整性類別的判定主要是分析波形形態，根據缺陷位置的深度，反射波的相位和幅值高低和樁底反射波的幅值高低情況等，根據規范的有關規定進行判定的。不同樁身缺陷程度及類型波形具有不同的特征，現簡列如下幾點：a.完整樁的曲線特征：波形規則，無缺陷反射波，有明顯的樁底反射；b.斷樁：在實測波形上缺陷處的反射波幅值很高，有時甚至高于沖擊脈沖的幅值，前沿陡峭并伴有多次反射，間隔時間相等，也無樁底反射。c.縮頸：在縮頸處有與沖擊脈沖同相的反射波，反射波幅值與縮頸嚴重程度成正比，波形一般較規則，波速也較正常，一般可見樁底反射，如縮頸嚴重則難以看到樁底反射。d.離析：離析樁的同相反射一般較寬緩，往往反射峰并不強烈，甚至很微弱，主要表現在整樁波速偏低，無樁底反射。e.嵌巖樁樁底沉渣或持力層軟弱： 波形規則，波速正常或偏低，樁底有明顯的同相反射。

低應變反射波法測試得到的信息太少，沒有足夠的邊界條件約束，導致其具有多解性。有時相同程度的缺陷可能因缺陷深度不同或樁周土阻抗不同，抑或沖擊設備不同時，表現在接收的反射波幅值高低相差甚遠。且有時接收到速度曲線可能十分復雜，究其原因可能是砼強度的變化或者樁身截面的變化或是樁周土阻力的變化，也可能是淺部阻抗變化的多次反射波與后續反射波疊加的結果，或者是幾種因素的綜合影響。這些應引起檢測人員的注意。應結合場地地質條件，基樁施工工藝等因素綜合分析判斷，必要時可結合其他檢測方法（鉆芯法、聲波透射法等）綜合進行判定。

4 工程檢測案例分析

案例1：廣州某工程F4#樓設計采用沖孔灌注樁基礎，砼設計強度C40，設計為嵌巖樁，持力層為微風化花崗巖。其中19#樁樁徑為1200mm,樁長為14.43m。經測試該批樁的平均波速為4100m/s。如圖1所示，該樁樁身范圍內無缺陷反射波，但樁底有明顯的同相反射，分析可能是樁底有明顯缺陷或存在沉渣或持力層不滿足設計要求。低應變法檢測判定為Ⅲ類樁。后對該樁進行抽芯驗證檢測，鉆孔兩個，1#孔、2#鉆芯孔均揭露孔底有10cm破碎，其余部分砼膠結良好，芯樣呈長柱狀，持力層為微風化花崗巖，鉆芯法判定該樁為Ⅳ類樁。鉆芯結果與低應變結果基本吻合，證明了低應變反射波法的判斷是準確的。

圖1 29#低應變實測曲線

圖2 29#鉆芯法照片

案例2：廣州某工程采用沖孔灌注樁，砼設計強度C30，持力層為微風化花崗巖。其中A59#樁徑為1000mm，樁長為15.87m。經測試批樁的平均波速約為3800m/s。如圖3所示，該樁在5.1m左右有明顯的同相反射波，分析可能是由于該處樁身存在缺陷引起。其后緊跟一個強烈的反相向反射信號，該反相反射信號的二次反射與樁底信號疊加照常樁底信號無法識別。低應變法檢測判定該樁5.0m左右有明顯缺陷，判定為Ⅲ類樁。后對該樁進行抽芯驗證檢測，鉆芯孔均揭露孔樁頂下5.09～7.00m（長1.91m）蜂窩溝槽連續，膠結差。樁底為中風化花崗巖，不滿足微風化巖要求。鉆芯法判定該樁樁身完整性類別Ⅲ類樁，持力層不滿足要求。樁身缺陷與低應變檢測判定基本一致，但因為沒有獲得有效的樁底信號，無法判定樁底缺陷，這時應綜合其他檢測方法綜合判定。

圖3 A59#低應變實測曲線

案例3：廣州某房地產項目采用沖孔灌注樁，樁身砼設計等級為C30，持力層為微風化花崗巖。其8#樁樁徑為1200mm，樁長為17.70m，圖4為該樁的低應變實測曲線，由曲線可見，4.5m左右分別有一輕微的同向反射，樁底反射不清楚，但是該工程其他正常樁樁底均有明顯的嵌巖反應。因此建議該樁采用其他方法檢測。圖5為該樁的超聲波檢測深度—聲時—聲幅曲線圖，波列圖顯示4.0～4.5m有嚴重缺陷。抽芯檢測，樁身該部位部砼離析。超聲波和抽芯檢測均判定為Ⅳ類樁。對于此類無明顯缺陷反射波，也無明顯樁底反射波的曲線切不可一律判定為Ⅰ、Ⅱ類樁，應盡可能多的收集多相關資料和綜合其他檢測方法判定，防止漏判錯判。

圖4 8#低應變實測曲線

圖5 8#超聲波檢測深度—聲時—聲幅曲線圖

5 結束語

低應變檢測技術具有費用低、檢測速度快等優勢，非常適合基樁的質量普查。一般情況下能較準確的判定基樁存在的質量問題，并定性判別缺陷的嚴重程度。但其也存在一定的局限性如：不能對缺陷程度定量分析，樁身存在多缺陷或地質條件復雜時，多種反射波疊加造成曲線復雜難以判定。這時要求檢測人員應多結合相關資料綜合分析，必要時應結合其他檢測方法綜合判定才能更加準確的確定缺陷類型與位置，由此取得更加客觀準確的檢測結果。