低應(yīng)變法檢測(cè)工程基樁淺部缺陷的波形實(shí)例分析

摘 要：結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，簡(jiǎn)要論述了低應(yīng)變反射波檢測(cè)方法的原理和工程中常見(jiàn)的淺部缺陷樁，并詳細(xì)分析了實(shí)際檢測(cè)工作中典型淺部缺陷的低應(yīng)變反射波形曲線。根據(jù)實(shí)測(cè)波形資料，總結(jié)了檢測(cè)工作中常見(jiàn)的各種淺部缺陷樁的波形特征和技術(shù)要點(diǎn)，為判別基樁缺陷性質(zhì)提供借鑒。通過(guò)對(duì)基樁淺部異常波形曲線的詳細(xì)分析，避免實(shí)際檢測(cè)工作中的錯(cuò)判或漏判。

關(guān)鍵詞：基樁檢測(cè) 低應(yīng)變反射波法 實(shí)例分析 淺部缺陷

中圖分類(lèi)號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)：A

Example Analysis of Testing the Waveform of Shallow Defects in Project Foundation Piles by the Low Strain Method

CHEN Hui1.2

1.Railway Engineering Research Institute， China Academy of Railway Sciences Group Co.， Ltd.， Beijing;2. State Key Laboratory for Track Technology of High-Speed Railway，Beijing，100081 China

Abstract： Combined with the examples of the engineering site， the principle of the low strain reflection wave detection method and the common pile with shallow defects in the project are briefly discussed， and the low strain reflection waveform curve of typical shallow defects during actual detection is analyzed in detail. Based on the measured waveform data， the waveform characteristics and technical points of various common piles with shallow defects during detection are summarized， which provides reference for distinguishing the defect properties of foundation piles. The shallfa34eaed373f6f3fcf93ac88138b6bd3b872ebc75b0a106faf8b563cb1b19dc2ow abnormal waveform curve of foundation b9e2f942692ca3cae7e09d218d6fa0b76b3d9962dd32702642d1fcdd7931b2b4piles is analyzed in detain， so as to avoid erroneous judgement or missed judgement during actual detection.

Key Words： Foundation pile testing; Low strain reflection wave method; Shallow defect; Case analysis

作為基樁檢測(cè)的方法，低應(yīng)變反射波法檢測(cè)保障了基樁施工的工程質(zhì)量，并以其方便、快捷、檢測(cè)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，得到了工程質(zhì)量檢測(cè)人員的廣泛認(rèn)可。低應(yīng)變反射波法適用于檢測(cè)混凝土樁身的完整性，確定樁身缺陷程度及位置。

隨著工程建設(shè)的發(fā)展，基樁使用非常普遍。在基樁施工過(guò)程中，樁身淺部常存在質(zhì)量缺陷問(wèn)題?；鶚秾儆诘叵码[蔽工程且在樁身淺部，其質(zhì)量控制要引起重視。如果基樁樁身淺部存在缺陷，缺陷部位將會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響承載力的發(fā)揮，對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成隱患，將直接影響工程質(zhì)量安全。對(duì)淺部缺陷現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，在樁身淺部易形成檢測(cè)盲區(qū)，而且基樁樁身淺部缺陷極易和淺部擴(kuò)徑混淆。淺部波形復(fù)雜，極難判斷，很容易漏判，或者錯(cuò)判?；诖?，本文結(jié)合工程實(shí)例及常見(jiàn)質(zhì)量缺陷，詳細(xì)分析和論述在基樁淺部缺陷在低應(yīng)變法檢測(cè)中的應(yīng)用效果[1-2]。

1 關(guān)于檢測(cè)原理的分析

假設(shè)基樁樁長(zhǎng)為，橫截面積為，樁身的材料密度為，彈性波速為，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度為，樁身截面的廣義波阻抗為。設(shè)在基樁樁身某缺陷處存在突變界面，參數(shù)由 變?yōu)?。入射波為，?duì)應(yīng)的波速為；反射波為，對(duì)應(yīng)的波速為；透射波為，對(duì)應(yīng)的波速為。在突變界面處，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度、、滿足連續(xù)條件，應(yīng)力波滿足平衡條件，根據(jù)波動(dòng)方程理論有下列關(guān)系：

式（1）、式（2）、式（3）、式（4）中，腳標(biāo)、、分別表示入射波、反射波和透射波，、分別為反射界面上下樁身的廣義波阻抗。

定義廣義波阻抗比，反射系數(shù)，透射系數(shù)，則由式（1）、式（2）、式（3）、式（4）得：

由式（5）、式（6）可知，如果要在樁頂接收到反射波，必須滿足。對(duì)于完整樁，樁身范圍內(nèi)波阻抗無(wú)差異，，所接收到的反射波信號(hào)基本上是樁底反射波信號(hào)；對(duì)于缺陷樁，即樁身范圍內(nèi)存在波阻抗差異，反射系數(shù)值在范圍內(nèi)，因此根據(jù)反射系數(shù)的正負(fù)來(lái)判斷樁身缺陷的性質(zhì)。

當(dāng)時(shí)，反射波與入射波同相位，若、，即樁身材料性質(zhì)不變，應(yīng)力波由大截面向縮小的截面?zhèn)鞑?；若、，即樁身截面無(wú)變化，應(yīng)力波由高強(qiáng)度材料向低強(qiáng)度材料傳播。

當(dāng)時(shí)，反射波與入射波反相位，若、，即樁身材料性質(zhì)不變，應(yīng)力波由小截面向增大的截面?zhèn)鞑ィ蝗?、，即樁身截面無(wú)變化，應(yīng)力波由低強(qiáng)度材料向高強(qiáng)度材料傳播。

當(dāng)樁身無(wú)缺陷時(shí)，樁身內(nèi)部無(wú)反射波，只有樁底反射波；當(dāng)樁身有缺陷時(shí)，反射波和入射波在實(shí)測(cè)時(shí)域波形曲線上呈同相；當(dāng)由于樁身擴(kuò)徑等原因?qū)е虏ㄗ杩乖黾訒r(shí)，反射波和入射波在實(shí)測(cè)時(shí)域波形曲線上呈反相[3]。

2 樁身淺部缺陷檢測(cè)實(shí)例波形分析

實(shí)例一：某工程基樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)38 m，設(shè)計(jì)樁徑1 m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，低應(yīng)變法檢測(cè)波形見(jiàn)圖1，圖1（a）該波形表現(xiàn)為形態(tài)異常的低頻波形，波形上未知缺陷位置，但圖1（b）的波形曲線可知缺陷位置。因此在現(xiàn)場(chǎng)基樁檢測(cè)時(shí)，對(duì)于淺部缺陷，如果激勵(lì)脈沖寬度比較小，則可以檢測(cè)和識(shí)別淺部缺陷及其具體位置。

實(shí)例二：某工程基樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)21 m，設(shè)計(jì)樁徑1 m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，低應(yīng)變法檢測(cè)波形見(jiàn)圖2，缺陷位置在距樁頂約3 m處。

實(shí)例三：某工程基樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)27 m，設(shè)計(jì)樁徑1 m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，低應(yīng)變法檢測(cè)波形見(jiàn)圖3，缺陷位置在距樁頂約4 m處。

實(shí)例一、二、三，從波形上看，均為淺部缺陷樁，缺陷反射波信號(hào)強(qiáng)烈，缺陷特征明顯且位置清晰可見(jiàn)。施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)缺陷基樁進(jìn)行開(kāi)挖并得到驗(yàn)證，采取接樁處理。這種樁的低應(yīng)變反射波形曲線特征明顯，淺部存在較強(qiáng)的反射，這種信號(hào)特征很容易辨認(rèn)識(shí)別[4]。如果使用低頻錘（或力棒）激振時(shí)，入射脈沖較寬且時(shí)域信號(hào)中的低頻波形是異常的，并且難以確認(rèn)缺陷位置。然而，當(dāng)使用高頻錘（或力桿）激振時(shí)，高頻信號(hào)在低頻信號(hào)的基礎(chǔ)上疊加，高頻信號(hào)的對(duì)應(yīng)位置即是缺陷位置。這種具有嚴(yán)重淺部缺陷的樁易于檢測(cè)和處理。通常的處理方法是將上部鑿除后，接樁處理即可。

實(shí)例四：某工程基樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)30 m，設(shè)計(jì)樁徑1.25 m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，低應(yīng)變法檢測(cè)波形見(jiàn)圖4，基樁缺陷位置在距樁頂約7.5 m處。從低應(yīng)變檢測(cè)波形看，有缺陷多次反射波，反射次數(shù)達(dá)四次。圖中所示并非樁底反射波，而是缺陷的第四次反射波。因?yàn)槿绻颂幨菢兜?，波速僅3 035 m/s，波速偏小。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)挖驗(yàn)結(jié)果，約11 m處才見(jiàn)混凝土界面。此樁可以判斷為完全斷樁。

這種缺陷類(lèi)型的樁在缺陷位置表現(xiàn)出周期性的多次反射波，在波形曲線中反射波的幅值較高，清晰可見(jiàn)，而且反射間隔相等。

實(shí)例五：某工程基樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)35 m，設(shè)計(jì)樁徑1 m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，低應(yīng)變法檢測(cè)波形見(jiàn)圖5，基樁缺陷位置在樁身淺部，在樁身淺部存在波形振蕩，無(wú)樁底反射波信號(hào)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工灌注記錄，該樁存在混凝土超灌，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料顯示，該區(qū)域原地面下1～2 m范圍是淤泥質(zhì)黏土，開(kāi)挖在距離樁頂約1.5 m處出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑。因此，由于嚴(yán)重?cái)U(kuò)徑，檢測(cè)波形出現(xiàn)異常振蕩波形，并非樁身存在不良缺陷，判斷為樁身淺部擴(kuò)徑。

這種情況在低應(yīng)變檢測(cè)中很常見(jiàn)，波形多次反射，樁底不明顯，很容易將其誤以為樁身淺部缺陷，需要根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖情況進(jìn)行判別[5-6]。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于樁身淺部明顯缺陷的基樁，當(dāng)用重錘激振時(shí)，測(cè)得的低應(yīng)變反射波形曲線呈現(xiàn)寬峰或大低頻振蕩曲線特性，缺陷位置不易判別，如果采用極小的錘輕敲可以檢測(cè)識(shí)別出斷樁的具體位置?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)應(yīng)根據(jù)樁的長(zhǎng)度和直徑選擇合適的振源和激振方法，并根據(jù)缺陷位置的深度改變錘擊脈沖的寬度。長(zhǎng)樁或深部缺陷應(yīng)采用寬脈沖檢測(cè)，短樁或淺層缺陷應(yīng)采用窄脈沖檢測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，淺部缺陷的反射波信號(hào)比深部缺陷的反射波信號(hào)更明顯，且淺部缺陷反射波存在多次反射波。

對(duì)于樁身淺部擴(kuò)徑的基樁，信號(hào)極易和淺部缺陷混淆，淺部反射信號(hào)不易分辨，為排除因樁身擴(kuò)徑造成的誤判，在實(shí)際檢測(cè)中根據(jù)低應(yīng)變法檢測(cè)波形對(duì)基樁質(zhì)量進(jìn)行判識(shí)時(shí)，要根據(jù)施工記錄、地質(zhì)資料、開(kāi)挖情況和檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合判別。

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