林雋祺

鄭州市交通規(guī)劃勘察設計研究院 河南 鄭州 450001

正文：

1 前言

在現(xiàn)代工程中普遍使用的樁基和復合地基中的剛性、半剛性樁等多地下隱蔽工程，在施工過程中難免會出現(xiàn)諸如斷樁、縮徑、軟弱夾層、離析等各種缺陷，而樁身質(zhì)量的好壞直接影響著樁基或者復合地基的承載力，從而對工程質(zhì)量有著舉足輕重的影響。反射波法是低應變動力測試中的一種，由于其基本原理簡單、采集數(shù)據(jù)快速無損、數(shù)據(jù)直觀易于現(xiàn)場和室內(nèi)判定等特點，現(xiàn)已成為樁身完整性動力測試的主要方法之一。

2 基本原理

反射波法又叫時域法，由于樁長遠遠大于樁徑，可視為一維彈性桿，當其一端受瞬態(tài)脈沖力作用時，應力波以波速VC沿著桿軸線向另一端傳播，如傳播中桿件截面波阻抗Z（Z=ρVCA）發(fā)生變化時，即在波阻抗Z改變的界面上產(chǎn)生反射波。反射系數(shù)Rr和透射系數(shù)Rt如下：

上式中ρ、A分別為桿材料（樁）的質(zhì)量密度和截面積；Z1和Z2分別為樁身上、下部分的阻抗。由上式可知，無論樁身阻抗Z1、Z2如何變化，始終有Rt＞0，透射波總是與入射波相位相同，而反射波相位取決于樁身界面上、下的波阻抗Z1、Z2的變化。當樁身波阻抗減?。╖1＞Z2）時，即Rr＞0，反射波和入射波相位相同；當波阻抗增大（Z1＜Z2）時，即Rr＜0，反射波和入射波相位相反。據(jù)此，通過安裝于樁頂?shù)乃俣然蛘呒铀俣葌鞲衅鞑杉瓷洳〞r域曲線，并經(jīng)信號接收放大、濾波和數(shù)據(jù)處理，可識別來自樁身不同部位的反射信息，據(jù)此判定樁身完整性。

3 測試分析應注意的問題

3.1 搜集現(xiàn)場資料

在進行現(xiàn)場測試前，應收集并了解場地地質(zhì)狀況資料、樁型、樁長、成樁工藝及施工記錄等，特別是在成孔、灌注等施工過程中出現(xiàn)的異常狀況，如斷電、混凝土供應不足等可能造成的混凝土的離析、夾層等缺陷。同時，應了解場地內(nèi)樁身以及樁端所處的地層狀況，這對判定缺陷是由于樁身質(zhì)量，還是由地層影響等有重要意義。

3.2 檢測開始時間

要根據(jù)施工記錄確定檢測樁，因為受檢樁的時域曲線反射信號隨著樁身剛度的增大而增強，若混凝土強度未達到檢測時的所需強度，無法得到樁底反射信號或使樁身時域曲線失真，以至出現(xiàn)誤判。故受檢樁混凝土強度至少達到設計強度的70%，且不小于15MPa，一般在成樁后7d～15d后即可進行樁身完整性檢測。

3.3 樁頭部分處理

為了得到清晰可靠的反射信號，對于受檢的灌注樁應鑿去樁頂部分的浮漿、破碎層和疏松混凝土至堅硬的混凝土面，并切除樁頭外露過長的鋼筋。不要在混凝土表面抹水泥砂漿找平層，以免砂漿與混凝土結(jié)合不好而造成反射信號失真，從而引起誤判。

3.4 傳感器的安裝

傳感器必須安裝牢固且與樁頂垂直，使它與樁體一起運動，能真實反映出樁頂?shù)恼駝?。通常的做法是通過黃油、橡皮泥或石膏粘結(jié)，但易產(chǎn)生隔振，所以要求傳感器與新鮮檢測面間應壓緊。

3.5 錘擊設備選擇

不同的樁型應選擇不同的錘擊設備。一般的做法是長樁或深部缺陷用低頻的激振力，故選擇較軟的錘頭或質(zhì)量較大的力棒；而對于樁徑較小的短樁或淺部缺陷用能產(chǎn)生高頻的激振力，故選擇質(zhì)量較小的錘或硬質(zhì)錘頭。另外，錘頭的材質(zhì)對激振也有較大影響。

4 動測成果判別及樁身質(zhì)量判定

本次樁身動測成果的分析、檢測儀器是美國P.D.I公司生產(chǎn)的P.I.T基樁動測儀，并對工程中出現(xiàn)的樁型進行分析對比，已準確判定樁身質(zhì)量和缺陷類型。

4.1 完整樁

完整樁反射波波形（速度曲線）規(guī)則，波列清晰，2L/c時刻前無缺陷反射波，樁底反射明顯。

圖1 完整樁實測信號曲線（左為鉆孔灌注樁，右為靜壓管樁）

4.2 縮徑、離析或夾泥

縮徑、離析或夾泥等缺陷為樁身截面減小或強度降低，致使樁身阻抗Z1大于Z2，使得病害部位反射波與樁頂入射波相位相同，且反射波到達病害部位的時間小于到達樁底的時間，且反射波波速降低、波幅減少。

圖2 縮徑（離析）實測信號曲線（鉆孔灌注樁）

4.3 斷樁、嚴重離析

斷樁、嚴重離析等病害的樁身缺陷處上部阻抗Z1瞬間幾乎變?yōu)榱悖沟迷谌毕萏幍姆瓷洳úǚ艽?，且往往出現(xiàn)波形重復的多次反射，伴隨著樁身質(zhì)量的嚴重下降，波速衰減很快，經(jīng)過多次反射后，難以觀測到樁底反射波。

圖3 斷樁實測信號曲線（CFG樁）

4.4 淺部斷裂

淺部斷裂樁的波速、波幅和頻率會迅速衰減，難以觀測到樁底位置反射波。由于淺部斷裂的樁缺陷位置較淺（大都在1～1.5m范圍內(nèi)），而這部分又位于測試盲區(qū)內(nèi)，樁體缺陷準確位置難以分析確定，所以現(xiàn)場開挖驗證是最好的驗證方法。

圖4 淺部斷裂信號曲線（CFG樁）

4.5 擴徑

擴徑樁的樁身截面增大，致使樁身阻抗Z1小于Z2，使得擴徑部位反射波與樁頂入射波相位相反。另外，若在樁身范圍內(nèi)兩層軟弱土層中夾有一強度較高土層，則樁頂反射曲線表現(xiàn)為擴徑的信號曲線，反之，則表現(xiàn)為縮徑信號。基樁擴徑后只要不對周圍樁體或復合地基中復合體產(chǎn)生破壞影響，樁身擴徑不應視為樁體缺陷。

另外，樁身實測信號復雜、無規(guī)律、樁身截面漸變或多變以及大直徑樁等情況下，難以進行準確判定時，應結(jié)合其他檢測方法。

5 問題探討

5.1 樁底反射信號

摩擦樁樁底土層承載力較小，樁底反射波與樁頂入射波同相位；若為嵌巖樁，因持力層阻抗Z持力層大于或者等于Z樁，所以樁底反射與樁頂入射波相位相反，或者樁底反射不明顯或無反射，這時應根據(jù)地層性質(zhì)及同條件下其他樁身反射信號判定樁身完整性。

5.2 混凝土強度與波速的關系

在相同條件下，樁身波速和混凝土強度間呈正相關，但要考慮成樁時骨料的品種、粒徑、混凝土養(yǎng)護方式等因素。目前有些單位中出現(xiàn)了所謂的“樁身平均波速與混凝土強度關系”（如下表），根據(jù)筆者多年的檢測經(jīng)驗、對比試驗及有關文獻，樁身波速有時候能夠?qū)炷翉姸?，但并不能確定所謂的下表關系，應審慎應用下表，而應通過對混凝土試件的波速測定與抗壓強度對比試驗確定。

樁身平均波速與混凝土強度關系

5.3 樁長及缺陷位置的判斷

樁長及缺陷位置的確定可以根據(jù)樁身波速（可用波速平均值替代）和樁底或缺陷位置反射波到達時間應用下式對其加以核對。

但波速c的取值應在相同條件下測得。當應用樁身齡期短的實測波速驗證其他樁身齡期較長的樁時，會使計算的缺陷位置偏淺。反之，則缺陷位置偏深。

6 結(jié)語

綜上所述，可得出如下結(jié)論：

（1）低應變反射波法分析可運用一維波動理論進行分析、判定。樁身完整性準確判定除了自身經(jīng)驗的積累，還要考慮場地的地質(zhì)條件、設計樁型和施工工藝以及合適的錘擊設備等。

（2）低應變反射波法分析時，可根據(jù)樁身反射波是否和入射波具有同相位而確定樁身波阻抗的變化，從而判定缺陷類型、樁身完整性。并且還可根據(jù)波速和反射波到達時間對樁的實際長度、缺陷大概位置加以判斷。

（3）有無樁底反射信號不能作為判定樁身完整性的標準。樁身應力波速雖和樁身混凝土強度成正相關關系，但不同場地、不同條件下兩者的確切關系應通過對混凝土試件的波速測定與抗壓強度對比試驗而定。