沿海地區(qū)嵌巖樁樁底低應(yīng)變曲線的探討

徐鴻飛

摘 要：沿海地區(qū)機(jī)械成孔灌注樁是建筑工程地基基礎(chǔ)中常見的一種樁基礎(chǔ)形式，樁底是否嵌巖或者嵌入深度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，樁底混凝土離析或者樁底沉渣過(guò)厚等情況會(huì)嚴(yán)重影響樁基承載力。以大連沿海地區(qū)機(jī)械成孔灌注樁實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的情況為例，探討一些樁底完整及有缺陷的嵌巖樁反射波曲線特征。

關(guān)鍵詞：沿海地區(qū)；機(jī)械成孔灌注樁；反射波曲線

1 基樁反射波法檢測(cè)樁身完整性的基本原理

通過(guò)在樁頂施加激振信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)力波脈沖，該應(yīng)力波沿樁身傳播過(guò)程中，遇到不連續(xù)界面（如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷）和樁底面時(shí)，將產(chǎn)生反射波，檢測(cè)分析反射波的傳播時(shí)間、幅值和波形特征，就能判斷樁的完整性。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試示意圖見圖1。

反射波法理論基礎(chǔ)是一維桿波動(dòng)理論：假設(shè)樁中某處阻抗發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)力波從介質(zhì)Ⅰ（阻抗為Z1）進(jìn)入介質(zhì)Ⅱ（阻抗為Z2）時(shí)，將產(chǎn)生速度反射波和速度透射波。令樁身質(zhì)量完整性系數(shù)β= Z2/Z1，反射系數(shù)為α，

a）若β=1，△Z=0時(shí)，α=0說(shuō)明界面無(wú)阻抗差異，即沒有反射波。

b）若β<1，△Z>0時(shí)，α>0說(shuō)明界面阻抗變小，出現(xiàn)與入射波同向的反射波。

c）若β>1，△Z<0時(shí)，α<0說(shuō)明界面阻抗變大，出現(xiàn)與入射波反向的反射波。

2 嵌巖樁樁底反射波特征分析

根據(jù)反射波法的測(cè)試原理和波形形態(tài)，判斷樁的缺陷類型并不十分困難，但利用低應(yīng)變法對(duì)大直徑嵌巖樁的檢測(cè)有其特殊性，需要進(jìn)行綜合分析：

（1）低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁基完整性是建立在樁基滿足一維彈性桿的假設(shè)理論條件基礎(chǔ)上的，但對(duì)沿海嵌巖樁樁基嵌入地表基巖較深的情況，如果樁基嵌巖段與基巖結(jié)合較好或者基本練成一體，由于樁周巖石的波阻抗與樁身的波阻抗差異不大，樁的嵌巖段部分已經(jīng)很難滿足將樁近似作為一維彈性桿件的要求，對(duì)樁基嵌巖段的檢測(cè)結(jié)果判斷有很大影響。且由于巖石的波阻抗與樁身差異不大，在許多情況下，波形曲線上基本看不到明顯的樁底反射，用沒有樁底反射或樁底反射不明顯的波形曲線分析樁身完整性是很困難的。

（2）嵌巖段樁周巖石的側(cè)阻尼較大，將削弱或完全抵消該段樁本身缺陷產(chǎn)生的反射信號(hào)，甚至可能在波形曲線上看不到缺陷反映。

（3）基巖以上的樁身部分一般情況要使用泥漿護(hù)壁、混凝土護(hù)壁或者鋼桶護(hù)壁，由于土層性質(zhì)的差異，樁身護(hù)壁厚度沿軸向變化通常較大，間接造成樁身截面的復(fù)雜，波形曲線也隨之變得復(fù)雜，難以判斷缺陷產(chǎn)生的反射。

（4）沿海地區(qū)嵌巖樁的樁長(zhǎng)有時(shí)很長(zhǎng)，這樣就造成力棒擊振能量不足，反射波無(wú)法順利通過(guò)儀器接收。

（5）沿海地區(qū)嵌巖樁的樁徑一般很大，而有時(shí)樁長(zhǎng)較短，樁的長(zhǎng)徑比滿足不了檢測(cè)理論，將樁看作一維彈性桿件的要求。

（6）低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁基完整性時(shí)，如果在缺陷上方或缺陷附近出現(xiàn)擴(kuò)徑現(xiàn)象時(shí)，由于兩者接收信號(hào)產(chǎn)生方向相反的相位，使得從波形上不能正確地判斷樁基的完整性。

3 檢測(cè)實(shí)例

3.1完整嵌巖樁的樁底反射波特征及工程實(shí)例

樁底反射信號(hào)和激振信號(hào)相位關(guān)系取決于被測(cè)樁所進(jìn)入的持力層的情況。通常情況嵌巖樁樁底土層強(qiáng)度高于樁身強(qiáng)度，特別是當(dāng)被測(cè)樁樁端位于堅(jiān)硬的巖層上，并且樁底沉渣清理干凈，樁底反射信號(hào)與激振信號(hào)相位相反，會(huì)出現(xiàn)明顯的擴(kuò)徑信號(hào)，當(dāng)樁身混凝土強(qiáng)度與基巖強(qiáng)度相近時(shí)，檢測(cè)波形上就沒有明顯樁底反射。

工程實(shí)例1：大連沿海某工程項(xiàng)目7-40#樁，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)機(jī)械成孔灌注樁，設(shè)計(jì)要求樁入巖深度不少于500mm，樁端持力層為中風(fēng)化石灰?guī)r，樁身混凝土強(qiáng)度C30，檢測(cè)波形圖見圖2，鉆芯驗(yàn)證芯樣見圖3。

工程實(shí)例2：大連沿海某工程項(xiàng)目298#樁，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)機(jī)械成孔灌注樁，設(shè)計(jì)要求樁入巖深度不少于500mm，樁端持力層為中風(fēng)化板巖，樁身混凝土強(qiáng)度為C35，檢測(cè)波形圖見圖4，鉆芯驗(yàn)證芯樣見圖5，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室壓力機(jī)驗(yàn)證樁身混凝土與樁端持力層基巖強(qiáng)度相當(dāng)。

3.2樁底缺陷嵌巖樁樁底反射波特征及工程實(shí)例

樁底未嵌入基巖分兩種情況一種是基樁在灌注前塌孔，這在工程中是比較常見的，因塌孔導(dǎo)致樁底混凝土與基巖沒有膠結(jié)，中間出現(xiàn)沉渣缺陷層；另一種是機(jī)械成孔灌注樁，鉆孔終孔時(shí)沒進(jìn)入基巖，在鉆孔過(guò)程中根據(jù)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)而終孔，樁底持力層沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，沒進(jìn)入基巖。這類樁進(jìn)行低應(yīng)變反射波法檢測(cè)時(shí)，反射波沿樁身傳播過(guò)程中將會(huì)穿過(guò)兩個(gè)波阻抗界面，實(shí)測(cè)波形上，反射波與入射波同相，樁底反射波曲線將會(huì)出現(xiàn)類似一個(gè)周期的正弦曲線。

工程實(shí)例3：大連沿海某工程項(xiàng)目D-34#樁，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)機(jī)械成孔灌注樁，設(shè)計(jì)要求樁入巖深度不少于500mm，樁端持力層為中風(fēng)化石灰?guī)r，樁身混凝土為C35，檢測(cè)波形圖見圖6，鉆芯驗(yàn)證芯樣見圖7，樁底有50mm左右厚沉渣。

4 結(jié)論

（1）對(duì)沿海地區(qū)機(jī)械成孔灌注樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)，由于樁底地質(zhì)情況往往很復(fù)雜，波形信號(hào)易發(fā)生畸變，因此在對(duì)基樁進(jìn)行判定時(shí)要充分結(jié)合地勘報(bào)告情況及施工工藝綜合考慮。

（2）被測(cè)基樁反射波與激振信號(hào)相位關(guān)系，一定程度上反映了嵌巖樁的樁身質(zhì)量。

（3）采用低應(yīng)變法檢測(cè)沿海地區(qū)嵌巖樁時(shí)，由于樁身本身特點(diǎn)和基巖的影響，檢測(cè)條件不符合低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁基前提條件：將樁作為一維彈性桿件的假設(shè)條件，使得實(shí)測(cè)波形不能完全反映樁身的實(shí)際情況。因此對(duì)這種嵌巖樁的檢測(cè)應(yīng)該慎重處理，應(yīng)充分結(jié)合本項(xiàng)目地質(zhì)勘查報(bào)告，采用多種檢測(cè)方法并用如聲波投射法、鉆芯法等，綜合判斷從而得出樁基完整性結(jié)論。

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（作者單位：大連渤海檢測(cè)有限公司）