低應(yīng)變反射波型與樁身完整性判別的探討

劉吉濤

摘 要：根據(jù)對基樁上樁頂、樁身、樁端等部位的反射波特點，可以判斷出樁身的內(nèi)部形態(tài)，并分析樁身的完整性。該方法（反射波法）成為了當(dāng)今工程建設(shè)項目中判斷基樁情況的主要途徑。本文以理論結(jié)合實例的方法，對基樁低應(yīng)變檢測的波型進(jìn)行分析，探討基樁上的發(fā)射波形與判斷樁身完整性之間的聯(lián)系，為保證基樁完整性提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：基樁低應(yīng)變檢測法（反射波法）；波型分析；樁身完整性判別

在當(dāng)今的工程建設(shè)項目中，進(jìn)行基樁低應(yīng)變檢測是一項非常重要的工作，可以準(zhǔn)確反映出基樁的內(nèi)部情況與樁身完整性有著密切的聯(lián)系。如果基樁的樁頂、樁身或者樁端等部位出現(xiàn)了異常情況，那么其反射波型也會隨之而改變，與標(biāo)準(zhǔn)的波型之間有著很大的差別。對基樁低應(yīng)變檢測的波型進(jìn)行鑒別分析，可以發(fā)現(xiàn)基樁存在的具體異常類型，將解決異常情況提供基本的依據(jù)。本文從基樁的不同部位的檢測波型分析入手，對提高樁身完整性判斷的準(zhǔn)確性提供了較大幫助。

1 樁基低應(yīng)變檢測波形分析的原理

基樁低應(yīng)變動力檢測是已電子檢測技術(shù)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析為基礎(chǔ)的一種檢測樁身完整性的方法。其中反射波動測技術(shù)日漸被廣泛應(yīng)用。該方法的基本原理是用力錘敲擊樁頂，給樁一定的能量，使樁中產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波在傳播過程中遇到彈性介質(zhì)突然變化的界面時（如基樁的樁底、樁身的夾泥層、斷裂、嚴(yán)重擴(kuò)徑和縮徑等），將會產(chǎn)生反射和透射，根據(jù)波反射時間和樁體中的波速就可以估算樁長和缺陷的位置。然而波動方程是一個三維方程，但考慮到基樁的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樁的直徑時，可把樁看成具有側(cè)限約束的桿系結(jié)構(gòu)，而適用一維波動方程。

混凝土是非勻質(zhì)材料，粗細(xì)骨料、水泥漿、氣孔、微裂縫的應(yīng)力波速有很大的差別。應(yīng)力波在混凝土樁中傳播速度不是恒定不變的，隨混凝土的密實度，骨料級配，強(qiáng)度和缺陷的變化而變化，尤其是灌注樁。因此，即使精確測得回波的時間，也不可能精確算出應(yīng)力波反射的位置，樁的動測是比較粗糙的估計，測試結(jié)果只能是一個區(qū)間。但即使如此，低應(yīng)變動力檢測，包括反射波法，對于判斷工程的質(zhì)量，及時有效的發(fā)現(xiàn)工程隱患，是有很大意義的，因此如何更好的掌握低應(yīng)變動力檢測技術(shù)尤為重要。

2 樁基低應(yīng)變檢測的波形分析探討

2.1 樁頂部位的波形分析

在樁頂部位，容易出現(xiàn)的異常情況包括了浮漿、松動、斷裂等等，當(dāng)出現(xiàn)這類異常時，可以通過觀察樁頂部位的低應(yīng)變檢測波型來發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過低應(yīng)變檢測發(fā)現(xiàn)，樁頂部位處于淺層，對該部位進(jìn)行檢測，其波型的特點為反射頻率較低、反射周期較長、以及反射波振動幅度較大等等。如果樁頂部位出現(xiàn)了淺層缺陷的異常情況，可以采用材質(zhì)較硬、質(zhì)量較小的小鐵錘進(jìn)行敲擊，保持較高的脈沖力頻率以及較低的持續(xù)時間。通過這種方法，可以減小反射波的波長，讓樁頂部位存在著異常的位置能夠得到更加準(zhǔn)確的判斷。在對樁頂部位的異常進(jìn)行判斷并解除異常之后，就可以得到理想中的標(biāo)準(zhǔn)檢測信號。下面是基樁淺部缺陷的一種形式；

現(xiàn)場開挖分析：樁頂尺寸正常，開挖后發(fā)現(xiàn)樁身無異樣，后再進(jìn)行低應(yīng)變反射波法檢測，曲線在2.0m處仍存在嚴(yán)重缺陷，如圖1所示，后用力搖樁頭，樁頭搖動，決定把樁頂2.0m下開挖破開，發(fā)現(xiàn)在樁頂向下約2.0m左右明顯裂隙。系施工過程中控制不當(dāng)引起。

2.2 樁身部位的波型分析

一般在樁身部位，所存在的主要異常情況為離析、夾泥、縮徑以及斷裂等等，要準(zhǔn)確判斷樁身部位存在的缺陷類型以及缺陷的嚴(yán)重程度，可以通過基樁的應(yīng)力波理論公式，來進(jìn)行量化的求算。如果用z表示樁身的阻抗值，那么基樁的應(yīng)力波理論公式可以通過以下方式來表示：

基樁阻抗z=Aρc，在公式中，A代表基樁的橫截面面積，ρ代表樁身材質(zhì)的密度，c代表應(yīng)力波的波速。如果樁身部位的某一個位置出現(xiàn)了缺陷情況，那么其橫截面的面積、材質(zhì)的密度、應(yīng)力波的波速都會發(fā)生改變，通過判斷其中一個指標(biāo)或者多個指標(biāo)的改變，來分析樁身的缺陷類型。

當(dāng)樁身部位存在離析、夾泥、空洞等缺陷時，基樁材質(zhì)的密度會下降，缺陷程度越嚴(yán)重，密度下降數(shù)值越大。當(dāng)樁身部位發(fā)生縮徑缺陷時，會造成基樁橫截面面積的減小，減小幅度越大，則表明縮徑缺陷程度越嚴(yán)重。另外，如果樁身部位存在著離析、夾泥的缺陷，那么樁身部位的反射波波速會受到下降影響，反射波的波速在很多時候會出現(xiàn)十分明顯的下降。而樁身部位的斷裂是最好區(qū)分的一種缺陷表現(xiàn)形式，當(dāng)發(fā)生斷裂缺陷時，缺陷部位的橫截面面積變?yōu)?，波型全部為同相反射波。

2.3 樁端部位的低應(yīng)變檢測波型分析

通過樁端部位的反射波波型來判斷基樁的完整性，可以將比較樁端阻抗以及樁底巖土阻抗的大小為切入點，分為三種情況進(jìn)行綜合分析。第一種是樁端阻抗大于樁底巖土阻抗的情況。在這種情況下，樁端會出現(xiàn)較為明顯的同相反射波，這類同相反射波在普通的基樁之中都可以見到。如果出現(xiàn)了較為明顯的同相反射波，那么就可以表明該基樁具有一定的完整性。比如對于一個摩擦樁來說，樁端阻抗就要比樁底巖土阻抗更大，同相反射波更加明顯。其同相反射波的波型如下圖所示：

從圖2中可以看出來，基樁上的同相反射波具有非常典型的特征。當(dāng)對樁端部位進(jìn)行低應(yīng)變檢測出現(xiàn)這種波型時，則可以判斷基樁具有較好的完整性。第二種是樁端阻抗與樁底巖土阻抗基本相等的情況。出現(xiàn)這種情況時，在很多時候會檢測不到樁底的反射波信號，造成基樁完整性的難以判斷。比如說在我國的一些軟土地區(qū)進(jìn)行施工時，基樁的持力層存在于中風(fēng)化花崗巖，樁端反射基本檢測不到。第三種是樁端阻抗小于樁底巖土阻抗的情況。在這種情況下，樁底會出現(xiàn)較為明顯的反相反射波。當(dāng)反相反射波的幅度越大時，樁底的沉渣就越??；反之，樁底的沉渣就會越大。一般情況下，較為典型的基樁反相反射波的波型可以如下圖所示：

由圖3可知，典型的反相反射波的波型與同相反射波有著較大的差別，通過對反相反射波的波型進(jìn)行判斷，可以分析出基樁的完整性。

由此可以看出，在不同的地質(zhì)條件下，即使反射波波型相同，也不能判定基樁的內(nèi)部缺陷情況完全一樣。

3 結(jié)束語

一般進(jìn)行基樁低應(yīng)變檢測，主要通過對樁頂部、樁身、樁端部位的檢測，基樁中每一個部位存在缺陷，都具有不同的反射波特點。同時除了對實測曲線的分析來判斷樁身完整性外，還應(yīng)結(jié)合樁型、現(xiàn)場的地質(zhì)條件、施工情況進(jìn)行全面的分析，來判斷樁的完整性。低應(yīng)變法定性分析過程中對結(jié)論準(zhǔn)確性的影響因素很多，對實測曲線異常的樁（淺部缺陷），具備開挖條件時應(yīng)開挖驗證，再下結(jié)論，現(xiàn)場不具備開挖條件時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場情況全面分析。對樁身及樁端可通過其他檢測方式如鉆芯法、預(yù)埋聲測管法（聲波透射法）、高應(yīng)變法等來綜合分析判定。讓低應(yīng)變檢測更加具有科學(xué)性與可靠性。

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