桩基低应变分析

低应变反射波检测桩身

缺陷性分析

黄恒英黄燕陈文

摘要低应变反射波法桩身完整性的检测，依据弹性波理论，视桩体为一维弹性杆件而建立起来的原理，应用在工程桩测试，但在测试技术上，有很多值得探讨的问题及完善方面。本文主要从理论与工程实例结合分析，浅谈基桩完整性检测效果。

关键词低应变反射法基桩质量检测工程实例验证与分析

一、前言

低应变反射波法检测桩身完整性已应用多年，国内外许多专家对基桩完整性检测技术做了大量研究，并取得较为成熟的技术经验。在实际工程桩测试中，根据测得的反射曲线信号，利用反射波能量初至，相位和频率特征，来判别桩身质量。目前在检测中，会遇到测试效果不理想，导致难以识别桩底信号或桩身缺陷性质，容易对缺陷造成误判，漏判等现象。如能准确地判断桩身质量排除工程隐患，可以确保工程质量。本文主要是从理论结合工程实例，对基桩低应变完整性检测技术进行分析和判别。

二、低应变反射波法基本机理

低应变反射波法适用于检测混凝土的桩身完整性判定、桩身缺陷的程度及位置。

假定桩为一根均匀各向同性的一维弹性件体，根据桩的轴向振动微分方程的建立和求解，设桩身混凝土的波速C及桩身缺陷的深度L`可按下列公式计算：

C=2L/△T ① L`=1/2C m△tx②

式中：L—测点下桩长（m）；

△T—速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差（ms）;

△tx—速度波第一峰与缺陷反射波峰的时间差（ms）；

Cm—桩身波速的平均值（m/s）；

根据波动理论，弹性波在桩身内轴向传播的基本规律由如下方程来表达：

δR=F?δx③

UR=-F?ux ④

F=Z2-Z1/Z1-Z2 ⑤

δR,δx分别为反射波,入射波应力;

UR, ux分别为反射波,入射波的质点振动速度;

F为反射系数;

Z1和Z2为反射界面两侧介质的广义波阻抗(假设弹性波从Z1介质进入Z2介质)。

从上述③、④、⑤式得出，可以看出反射波相位特征与桩身缺陷的关系（见表），以此可以判别桩身质量。

三、低应变反射波法对不同类型缺陷桩的判别特征

通过上节理论推理和收集有关资料，结合一些典型桩实测情况,对各种缺陷桩的判别归纳如下几点:

1、完整桩

完整桩实测曲线波形反射很规则，波列清晰，桩底反射波较明显，易于读取反射波列到达时间，桩身混凝土平均波速较高。

2、缩颈桩

缩颈桩的实测曲线、波形特征是在桩身缺陷处产生与激振脉冲相同位的第一时间到达t`反射时间较为明显，但整桩波速不会下降，与完整桩波较为一致。

3、扩径桩

扩径桩由于在桩身有部分扩大的变截面，在实测曲线波形特征在扩径处产生与激振脉冲反相位的第一时间到达t`的反射波，整桩波速与完整桩较为一致。

4、离析桩

混凝土离析桩实测曲线波形特征是在缺陷处产生与激振脉冲同相位的反射波形，与完整桩波速相比则略有所下降，一般比完整桩的波速低200—300m/s,如果严重离析的情况下，反射波峰值更剧烈，波速可能显得更低。

5、夹泥桩

桩身夹泥主要是灌注时反扦抽管过高，或孔壁倒塌，造成桩身混凝土夹泥现象，实测曲线、波形特征是在缺陷处与离析桩一样，激振脉冲同相位的反射波形，与完整桩波速相比则有明显下降，一般比完整桩的波速低400—600m/s左右。

6、扩底桩、嵌岩石桩

扩底桩与嵌岩桩的实测波形在曲线信号反射时，其反射波的方向是和激振脉冲方向相反，扩底桩和嵌岩桩的波形是一致的，但扩底桩的波形反映是从扩底位置开始算起，直到桩底反射波形出现为止。而嵌岩桩的波形要看桩底嵌岩情况而定，如果嵌岩程度好，桩底的嵌石坚硬完整，其波速比混凝土的波速更为提高，那么嵌岩桩的桩底反射波形是激振脉冲方向是相反的，反之则同相。

7、全断桩

全断桩实测曲线、波形与其它缺陷桩的波形是不一样，因为断桩所在位置，应力波无法往下传播，主要因在断裂处空气的波阻抗无穷大于混凝土波阻抗，而实测波形多次反射，反射时间间隔一致，并对反射信号就会自由震荡慢慢的衰减下去，故无法找

出桩底反射。

以上是几种典型缺陷与完整桩的判断方法，必须要结合了解桩基成桩工艺，地质状况，桩的类型及形状等。为了判断位置及性质更为准确、可靠，须更进一步加强多方面对比试验分析。

四、模拟与工程实例验证分析

1、用低应变反射波法检测模拟桩

某大院内设有几根不同缺陷的模拟桩，桩的施工工艺为干作业钻孔灌注桩，桩长为10.00m左右，桩径为420mm，桩身强度为18Mpa素混凝土。地质勘察状况，有耕作土、粘土、亚粘土、轻亚粘土、中粗砂、园砾层等。对几根模拟桩设置各种不同缺陷性质与反射波检测分析如下：

1#桩缺陷设置为缩颈桩，当桩浇注离地面2.0m处，用塑料泡沫环填入桩身，环的高度50mm，使桩身砼直径减少1/3面积，另距桩底1.98m处填入20mm厚泥土相隔。该桩经过静载试验后，再采用反射波法检。从测试波形曲线分析，入射波后第一同相反射波在2.1m处与设埋位置为一致，第二反射即8.3m处,为底部反射，从实测结果分析和设埋缺陷形态与位置基本吻合、准确。

2#桩设置为全断裂桩，在桩身浇注至离地面3.06m处放上一块Φ380mm的油毛毡隔封，然后填入60mm厚的粘土，再放上Φ380mm的油毛毡覆盖上面，最后续浇注砼到地面。该桩实测曲线波形，是多次反射，无法找到桩底位置，并且反射时间间隔相等，按混凝土抗压强度值18.0Mpa的波速反算,桩在约2.94m 处全断,与埋设位置基本相同。

2、低应变检测与钻芯法对比分析。

东兴某广场住宅楼，地层地貌为粘土，细砂土、强风化砂质岩及中风化砂质岩，地下水较为丰富。该工程基础设计为人工挖孔桩。由于人工挖孔桩施工时，流砂流水较为严重，施工难度较大。现场部分桩基施工完毕后采用低应变反射波法检测和钻芯取样对比检测。

（1）完整性

工程桩20#桩长为6.30m,实测曲线的反射波波形规则、波列清

晰桩底反射波明显可辨，桩底反射波初至与入射波初至同相位，桩底反射时间为3.39ms,纵波波速为3716m/s。

现场钻心法检查，桩身砼芯呈柱状，连续完整，表面光滑，断口吻合，胶结好、骨料分布均匀，桩底无沉渣现象，底部与持力层界面清晰，对砼抽检抗压强度在34.9—48.9之间,属于完整桩。钻芯检测结果与反射波检测结果一致。

（2）离析桩

工程桩27#，桩长6.70m,实测曲线与完整桩不相同,入射波与反射波同相位,并在缺陷处波形非常明显反射,反射时间为1.41ms,按桩底反射到达时间为4.53ms,计算出该桩实测缺陷在2.1m处。而该桩实测波速为与本工程完整桩平均波速3700m/s相比，已降

底了700m/s左右，故认为该桩身存在严重离析。

现场钻芯取样，上部0—2.30m段砼芯样连续完整,呈柱状及短柱状,表面光滑,断口吻合,骨料分布较为均匀。中部 2.40—5.80m段砼芯样较为松散，胶结较差或无胶结现象，取中部较为完整呈柱状体芯样，进行砼试块试压，其最大砼抗压强度为14.1Mpa。钻芯结果与反射波检测法基本吻合。

（3）离析（断）桩

工程桩31#，桩长6.40m。该桩现场实测波反射较强，往后同样出现多次反射、其反射时间间隔相等，无法找出桩底反射位置。按本工程的完整桩平均波速3700m/s反算，该桩身在1.8m—2.2m处全断。

现场钻芯取样，桩顶上部0.2m厚度无骨料,0.2—2.0m段芯样表面有蜂窝、麻面，水泥渗量少，胶结较差，2.0—6.15m段，砼芯破碎严重，部分砂、石分离无胶结，6.15m至桩底砼芯样连续，呈柱状表面光滑、断口吻合、胶结较好，桩底与持力层接触面清晰。该桩钻芯结果与低应变反射波检测结果较为一致。

3、低应变反射波检测与开挖验证

（1）局部离析桩

南宁市青山某单位楼房，基础设计为人工挖孔桩、桩径为

0.8m，桩长13.0—19.0m不等,该工程21#桩,桩长14.5m。在低应

变动测，波形曲线的桩底反射易判别。但波形在1.4ms处的入射波相同有一个较强反射迹象,按该桩的桩底反射时间及波速

3450m/s，计算出约在2.4m处存在混凝土离析.经实地开挖至2.2m 处左右,桩沿周边400—500mm高度，约占桩径载面积约2/5左右混凝土蜂窝孔洞，证明开挖结果和低应变反射波法检测结果相符。

（2）钻孔灌注桩的桩身横截面断裂

南宁市五一路某基地职工集资楼，基础设计为钻孔灌注桩，用低应变反射波抽检1#桩时，波形曲线无桩底反射，并波形曲线有强烈的多次反射，第一次桩间反射时间为 2.30ms,按本工程完整桩平均波速3500m/s计算，桩身在4.0m左右为断裂位置。根据施工记录，该桩在施工过程中灌注设备出现故障，停留一段时间后再续灌，由于出现故障后未及时处理，造成断桩。经现场开挖至4.0m处,桩身夹有较厚泥浆,混凝土上、下段不能连接。开挖结果与低应变反射波法检测结果完全一致。

五、低应变反射波测试应注意的几点技术。

桩身缺陷性质及位置的判别，与其它因素有关。比如成桩工艺、桩长桩径桩周土、桩身砼养护龄期等，都会影响波形反射

计算与确定，本文论述中，针对检测中常遇到部分桩存在问题的分析。但就测试本身来说，要想获得较准确的分析结果，除了有一套完好仪器设备以外，现场测试人员素质，测试技术也是至关重要，现场测试工作准备不应小看，比如桩头浮浆清理平整至坚硬砼面，对桩应进行多次复测。特别是下面几点：

1、传感器的安装。将加速度或速度传感器安装在平整，坚实的混凝土面上。尽量用少量耦合剂，使传感器与桩面保持良好的接触，以便更有效地接收到桩的反射信号。

2、测试前仪器设备的调试。在传感器安装后，根据工程桩的施工情况，对仪器进行设置测试有关参数，反复几次击振信号，观察仪器，接收是否正常。

3、激振源选择。激振应有足够能量，使桩能够直接产生信号反映。如果激振的能量过大，容易使桩周土阻力被激发，产生土阻力反射波。实践发现，对大直径及长桩用低频激振锤，短桩宜用小锤激振。

六、结束语

本文根据理论对部分模拟桩及工程实例进行对比分析，不同成桩工艺、地质形式等要进行大量对比试验论证，特别是予应力砼管桩的检测，除了横截面的缺陷易于判别外，目前对纵向破裂问题尚无法判断，待今后大家共同探讨研究，使将来基桩质量检测更加完善。