低應(yīng)變法檢測人工挖孔樁時波形分析研究

林 寧

（廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測中心，廣西 南寧 530005）

在樁身結(jié)構(gòu)完整性的分析和判定中，我們往往采取低應(yīng)變檢測法。在檢測過程中，為了保證檢測結(jié)果的準確性，要提升測樁人員的專業(yè)素質(zhì)，保證他們可以正確的分析工程地質(zhì)報告，具有一定的樁靜力特性和巖土工程方面的知識，對各種樁型的施工工藝了如指掌，可以精準的判斷可能發(fā)生的各種質(zhì)量問題。多年以來，在樁身的完整性檢測工作中，應(yīng)用得比較廣泛的檢測方式是低應(yīng)變反射波法，且該方法是目前反應(yīng)最快的方法。現(xiàn)階段，在樁身完整性的檢測工作中，幾乎所有檢測規(guī)范都將低應(yīng)變檢測法作為第一選擇。在下面的篇幅里，本文從低應(yīng)變法的基本原理出發(fā)，并通過工程實例和曲線解析作進一步分析研究。

1 低應(yīng)變法樁基檢測的基本原理

反射波法是建立在波動理論基礎(chǔ)上，蔣樁假設(shè)為一維彈性連續(xù)桿，在樁頂部進行豎向激振產(chǎn)生彈性波，彈性波沿著樁身向下傳播，當樁身存在明顯差異的界面（如樁底、斷樁和嚴重離析等）或樁身截面積變化（如縮徑或擴徑）部位，波阻抗將發(fā)生變化，產(chǎn)生反射波，經(jīng)接受放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可以識別來自樁身不同部位的反射信息。利用波在樁體內(nèi)傳播時縱波波速、樁長與反射時間之間的對應(yīng)關(guān)系，通過對反射信息的分析計算，判斷樁身混凝土的完整性及根據(jù)平均波速校核樁的實際長度，判定樁身缺陷程度及位置。

2 低應(yīng)變法樁基檢測的基本原理

反射波法是建立在波動理論基礎(chǔ)上，蔣樁假設(shè)為一維彈性連續(xù)桿，在樁頂部進行豎向激振產(chǎn)生彈性波，彈性波沿著樁身向下傳播，當樁身存在明顯差異的界面（如樁底、斷樁和嚴重離析等）或樁身截面積變化（如縮徑或擴徑）部位，波阻抗將發(fā)生變化，產(chǎn)生反射波，經(jīng)接受放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可以識別來自樁身不同部位的反射信息。利用波在樁體內(nèi)傳播時縱波波速、樁長與反射時間之間的對應(yīng)關(guān)系，通過對反射信息的分析計算，判斷樁身混凝土的完整性及根據(jù)平均波速校核樁的實際長度，判定樁身缺陷程度及位置。

3 低應(yīng)變法在基樁檢測中的優(yōu)勢

一般而言，在基樁的完整性檢測過程中，首選的手段是低應(yīng)變法，這是當前推廣和普及的檢測方法，由于其具有準確、經(jīng)濟、快捷和方便等優(yōu)點，因此受到人們的推崇和認可。低應(yīng)變將一維桿作為理論模型，通過對樁身截面阻抗的變化情況進行檢測，以此來對樁周約束情況的變化、樁身的完整性、樁身截面積的變化以及樁的長徑比的變化情況進行檢測，這些變化情況往往都體現(xiàn)在低應(yīng)變的實測波形上面。在人工挖孔樁中，由于其具備獨特的施工工藝，其除樁底擴大頭外截面基本無變化，樁周約束弱，樁底嵌巖良好，與低應(yīng)變法的理論模型極為吻合，一般情況下，低應(yīng)變法檢測人工挖孔樁的準確率極高，但在某種情況下，人工挖孔樁的特性也可能導(dǎo)致低應(yīng)變法檢測結(jié)果失真。下文舉例說明。

4 實踐案例分析

某項目工程基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，設(shè)計樁身混凝土強度C25，設(shè)計樁端持力層為中風化砂巖，樁身直徑800mm，樁底擴徑1200mm，在進行低應(yīng)變法檢測時，發(fā)現(xiàn)部分工程樁低應(yīng)變實測信號異常，以23＃工程樁為例（根據(jù)本工程Ⅰ類樁確定的平均波速為3532m／s）：

23＃工程樁（樁長7.8m）實測波形（圖一）：

圖1 實測波形分析圖

實測波形分析：

實測波速c＝2000L／△T＝2000×7.8／4.4≈3545（m／s）

樁身缺陷位置x＝△tx·c／2000＝3.60×3545／2000≈6.40（m）

低應(yīng)變實測波形分析結(jié)果：32＃工程樁實測波速與平均波速吻合；23＃工程樁在2L／C時刻前出現(xiàn)明顯缺陷反射波，有樁底反射，樁身完整性判定為Ⅲ類樁。

根據(jù)規(guī)范要求，采用鉆芯法對23＃工程樁進行驗證，在距樁中心15cm位置開孔鉆進，鉆孔進入巖層。

23＃工程樁鉆芯法檢測芯樣照片：

圖2 工程樁鉆芯法檢測芯樣照片

鉆芯法結(jié)果顯示：樁身混凝土實測強度滿足設(shè)計要求，樁身完整，樁底巖石符合設(shè)計要求，樁底嵌巖良好，樁長跟施工方提供的數(shù)據(jù)吻合，樁身完整性判定為Ⅰ類樁。

23＃樁的鉆芯法結(jié)果顯示樁身并沒有可見缺陷，而低應(yīng)變實測波形顯示其在樁頂下6.40m有明顯缺陷，經(jīng)收集質(zhì)勘察報告、樁基設(shè)計圖紙、施工記錄等資料進行詳細分析，提出了一種導(dǎo)致低應(yīng)變法檢測結(jié)果失真的可能。

樁基施工記錄顯示，該人工挖孔樁護壁厚度20cm，護壁材料為C25的自拌混凝土，23＃樁的護壁深度為6.50m，6.50m這個深度與23＃樁實測波形分析中得出的缺陷深度十分接近，我們有理由相信，導(dǎo)致23＃樁實測波形出現(xiàn)類似缺陷的波形反射，樁孔護壁起著主要作用。

為印證這個想法，我們參考地質(zhì)勘察報告、樁基設(shè)計圖紙、施工記錄，還原樁身、護壁、巖土層之間相互接觸的情況，如下圖所示：

23＃工程樁樁身、護壁、巖土層相互接觸示情況意圖：

圖3 工程樁樁身、護壁、巖土層相互接觸示情況意圖

低應(yīng)變的理論模型中，樁周不受約束，在樁身完整、樁周自由的情況下，該樁理論低應(yīng)變曲線應(yīng)如下圖所示：

擴底樁理論曲線：

圖4 擴底樁理論曲線

而在工程實際中，樁周均會受到不同程度的約束。在本例的23＃工程樁中：樁身截面不變段，樁身阻抗受護壁和巖土層共同影響；在擴大頭開始的位置，樁身阻抗不受護壁影響，由于挖孔樁的施工工藝，巖層對樁身阻抗的影響也相對較?。辉跇吨芗s束的突變和樁身截面改變的共同作用下，低應(yīng)變檢測反映的樁身阻抗發(fā)生變化，在實測曲線上表現(xiàn)出來。

5 結(jié)語

低應(yīng)變檢測信號會根據(jù)樁周受到約束的變化而產(chǎn)生變化，并不一定是樁身缺陷造成，實際工作中應(yīng)結(jié)合地質(zhì)資料、設(shè)計資料、施工方法進行判斷；受到護壁和擴大頭的影響，低應(yīng)變有可能不能反映出樁底的實際情況，當?shù)蛻?yīng)變檢測人工挖孔樁發(fā)現(xiàn)樁底附近有缺陷反射或嵌巖不良時，應(yīng)采用鉆芯法等其它方法進行檢驗。