陳濟(jì)敬

福建九鼎工程質(zhì)量檢測有限公司

淺談基樁低應(yīng)變檢測的工作原理及局限性

陳濟(jì)敬

福建九鼎工程質(zhì)量檢測有限公司

低應(yīng)變法是目前工程樁完整性檢測中最為常見和應(yīng)用廣泛的檢測方式，本文介紹低應(yīng)變檢測的規(guī)定與原理，分析因樁身或周土波阻抗差異而引起的反射波相位符號的相應(yīng)變化的影響，并結(jié)合工程樁在實際檢測過程中遇到的一些情況，分析低應(yīng)變檢測法的局限性。

低應(yīng)變;一維波動理論;阻抗;反射波；局限性

1 樁基檢測的一般規(guī)定

樁身完整性檢測的數(shù)量的要求，根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）3.3.3規(guī)定：1、建筑樁基設(shè)計等級為甲級，或地質(zhì)條件復(fù)雜、成樁質(zhì)量可靠性較低的灌注樁工程，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的30%，且不得少于20根；其他樁基工程，檢測數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的20%，且不得少于10根；2、每個柱下承臺檢測樁數(shù)不應(yīng)少于1根?！督ㄖ又ёo(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120－2012）4.4.10規(guī)定：砼灌注樁10%，不少于5根；《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T13-146-2012）12.1.2規(guī)定：復(fù)合地基豎向增強(qiáng)體10%，不少于10根，柱下承臺不少于1根。

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）3.2.5規(guī)定：基樁檢測開始時間應(yīng)符合規(guī)定：當(dāng)采用低應(yīng)變法或聲波透射法檢測時，受檢樁混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計強(qiáng)度的70%，且不應(yīng)該低于15MP。

灌注樁低應(yīng)變檢測前，首先應(yīng)保證檢測樁面為圖紙上的樁頂設(shè)計面標(biāo)高，樁面保證干凈、無積水、平整、混凝土密實，其樁頭表面的松散、空洞部分應(yīng)該鑿開，然后可采用砂輪機(jī)磨平并盡量使檢測面光滑。保證樁面與樁中心軸線基本垂直；預(yù)應(yīng)力管樁低應(yīng)變檢測前，如果樁頭法蘭盤與樁身混凝土之間結(jié)合緊密，不必處理，否則應(yīng)將樁頭鋸平、清潔干凈。

為保證低應(yīng)變檢測的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，檢測現(xiàn)場需提供有樁號的樁位平面圖，當(dāng)樁基出現(xiàn)質(zhì)量問題避免因樁號的不準(zhǔn)確性而影響樁基工程的加固效果；需提供準(zhǔn)確的樁長施工記錄、樁身混凝土設(shè)計強(qiáng)度、工程巖土地質(zhì)報告與施工技術(shù)資料，從而對樁身完整性和缺陷程度才能更加全面的分析。

2 低應(yīng)變檢測法的工作原理及局限性

反射波法檢測樁身質(zhì)量時，設(shè)定的波速同混凝土關(guān)系是隨著強(qiáng)度等級越高其波速也越大。同一混凝土強(qiáng)度等級，波速也會有一定范圍的波動，波速與混凝土強(qiáng)度等級間的對應(yīng)關(guān)系一般可按：C20（波速3200m/s）、C25（波速3600m/s）、C30～C35(波速3800m/s)、C40 及以上(波速 3800m/s以上)、C80PHC 管樁(波速4200m/s)，習(xí)慣上波速可以由本地區(qū)或類似的成樁施工工藝的實測值，也可結(jié)合同批次已確認(rèn)的樁長反推波速的方法來綜合確認(rèn)。

一維波動傳播理論是混凝土樁非破損檢測的理論依據(jù)與基礎(chǔ)，其理想模型為截面、材質(zhì)連續(xù)均勻的彈性桿。低應(yīng)變法是通過在樁頂產(chǎn)生一低能量的激蕩，從而根據(jù)一維波動理論對產(chǎn)生的速度曲線進(jìn)行時程分析或速度導(dǎo)納曲線進(jìn)行頻域分析，對樁身完整性進(jìn)行分析、判定的檢測方法，從樁頂部沿著樁身產(chǎn)生向下傳播的彈性波，當(dāng)彈性波遇到有差異的波阻抗時(Z=ρCA，其中波阻抗Z、密度ρ、波速c、截面積A)，將產(chǎn)生反射波。再對反射波的信息數(shù)據(jù)處理或放大，通過來自樁身不同部位的反射信息來推斷樁身的裂縫、斷樁、嚴(yán)重離析、縮徑或擴(kuò)徑等部位。一般來說，對樁時域曲線分析時：當(dāng)樁長范圍內(nèi)某一位置顯示入射波與反射波的相位相同，該位置截面波阻抗為減小，通常表現(xiàn)為縮頸、離析、裂縫、甚至斷裂；當(dāng)樁長范圍內(nèi)某一位置顯示入射波與反射波的相位相反，該位置截面波阻抗為增加，通常表現(xiàn)為擴(kuò)徑。但樁身具體為何種類型的缺陷，只通過其相位特征來判定有一定的局限性，還需結(jié)合工程實際情況。

工程樁按完整性的判定可分為四類：Ⅰ類樁、Ⅱ類樁、Ⅲ類樁、Ⅳ類樁，由于低應(yīng)變檢測獲取信息不能對缺陷作定量判斷，故檢測人員在測試過程中需結(jié)合施工條件、工藝水平、工程設(shè)計圖紙、地質(zhì)情況與周圍的環(huán)境等因素，判斷樁身完整性、分析樁身缺陷對工程樁的影響。如灌注樁在成樁過程中是否有地下水或流砂對其樁身迎水面的影響作用，地下室的土方開挖順序不當(dāng)加上持續(xù)的大雨天氣導(dǎo)致軟土對樁身的側(cè)壓力、預(yù)制樁接樁處的焊縫飽滿度不足等。

《規(guī)程》規(guī)定樁的長細(xì)比及瞬態(tài)激勵脈沖有效高頻分量的波長與樁的橫向直徑或邊長之比均宜大于5，對類似于H型鋼樁的異型樁與薄壁鋼管樁，并不適用于低應(yīng)變法。低應(yīng)變法只判定樁身位置的缺陷嚴(yán)重程度，而對于缺陷類型（如離析、縮頸、夾泥、斷裂等）一般不做判定，遇到較深部位的缺陷及樁身縱向裂縫也不能給出其方位，有時測不到樁底反射信號，無法判定整根樁的完整性。應(yīng)通過現(xiàn)場試驗，依據(jù)能否識別樁底反射信號，確定該方法是否適用。

3 低應(yīng)變檢測案例分析

當(dāng)樁身完整時，僅存在唯一的反射界面,即樁底反射面，在條件較好的情況下，可以得到明顯的樁底反射波（其理論曲線如圖1、圖2所示）。

圖1 完整樁的時域曲線

圖2 完整樁的頻域曲線

根據(jù)反射波相位與樁身阻抗的關(guān)系式子VR=(Z1-Z2)*V1/（Z1+Z2），作為時域判斷的依據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)縮頸、離析、斷樁、嵌固不良情況下時，也就是說Z1＞Z2（阻抗減?。r，VR（反射波）與VI（入射波）同號（同相位），反之，擴(kuò)徑、嵌固良好等就是反相位。對于嵌巖型的灌注樁：也可利用樁底反射波的速度符號是否與入射波的符號的一致來定性的判斷樁底打入持力層的堅硬程度與深度。當(dāng)樁身阻抗大于樁底持力層土層的阻抗時，反射波與入射波符號同向（如圖3所示）；反之，若樁底巖土波阻抗大于樁身波阻抗時，樁底的反射波與入射波符號反向（如圖4所示）。

圖3 反射波與入射波符號同向

圖4 反射波與入射波符號反向

（1）工程樁中較接近一維波動理論的情況是，當(dāng)樁身全部坐落在同一土層或波阻抗基本相似的不同土層時，則可直接根據(jù)檢測曲線異常來判定基樁的缺陷；(2)當(dāng)樁身周土的波阻抗差異較大，相鄰?fù)翆咏缑嫣幍牟ㄗ杩咕涂赡芨蓴_到基樁本身采集的信號，這種情況下的異常曲線就有多種可能的解釋，即可能是由于基樁本身的缺陷所致，也可能是由于基樁周圍的土層變化所致。所以對波形曲線的異常分析要借助工程地勘資料，了解樁周的土層分布，結(jié)合相似場地、樁型的檢測曲線來綜合分析比較；(3)對于摩擦型基樁，當(dāng)樁周及樁底為普通填土層、黏土層、沙層等，由于樁身為混凝土其波阻抗要大于樁周及樁底的波阻抗，波阻抗差異明顯，樁底的反射型號也較為明顯；(4)對于嵌巖型基樁，當(dāng)樁底持力層為與混凝土波阻抗差異較小或接近的巖層（如在砂巖、石灰?guī)r、變質(zhì)巖等)時，當(dāng)樁底嵌固良好時，樁底反射不明顯，而當(dāng)樁底持力層為與混凝土波阻抗差異較大巖層(如較硬的花崗巖、玄武巖等)時，樁底反射較明顯。

通過基樁的某一截面的入射波和反射波的相位來推斷其阻抗的變化，從而判斷其截面是否存在缺陷，而對于存在嚴(yán)重缺陷的樁，通過實測時域波形曲線能發(fā)現(xiàn)某一部位有強(qiáng)烈的反射波，并且之后伴有幾次反射，此時樁底反射信號較難識別。當(dāng)樁身材料不均勻或某截面形狀沿深度變化明顯的樁，當(dāng)有缺陷時，時域波形和頻域波形曲線就比較復(fù)雜。

低應(yīng)變對工程樁進(jìn)行質(zhì)量類型的判定有一定的局限性，所以要結(jié)合基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)綜合考慮對樁身強(qiáng)度，樁的承載力及抗壓沉降的要求，分析由于樁身缺陷影響結(jié)構(gòu)安全的可能，不宜單憑采集的測試信號來定論，有條件時甚至要及時與委托單位聯(lián)系使用多種檢測方法進(jìn)行綜合判斷。

4 結(jié)語

低應(yīng)變反射波法是目前國內(nèi)外使用最廣泛的一種基樁無損檢測方法，由于其檢測便捷、效率高已廣泛采用，在低應(yīng)變檢測中，我們需嚴(yán)格按低應(yīng)變檢測要求，結(jié)合地質(zhì)條件、成樁工藝、設(shè)計樁型綜合對樁身完整性分析、判定，不放過任何樁身缺陷。最后還需協(xié)助施工單位一起找出造成缺陷的原因，督促其改進(jìn)施工技術(shù)工藝，防止同類型缺陷反復(fù)發(fā)生，以確保樁基工程的施工質(zhì)量。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ106-2014建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2014

[2]秋月.低應(yīng)變反射波檢測方法簡介[J].河北交通,2014

[3]張宏，劉衍林.復(fù)雜地質(zhì)條件對反射波法基樁檢測的干擾因素探析[J],橋梁建設(shè),2001

[4]梁曦.低應(yīng)變法培訓(xùn)講義[R].福建省建筑科學(xué)研究院,2016