羅傳奇

摘 要：低應(yīng)變反射波法檢測(cè)擁有著諸如經(jīng)濟(jì)、快捷等許多不可替代的優(yōu)點(diǎn)，是地基基礎(chǔ)檢測(cè)中檢測(cè)樁身完整性的重要方法。由于低應(yīng)變反射波檢測(cè)具有多解性，在實(shí)際工作中檢測(cè)人員往往又容易忽略地質(zhì)條件對(duì)反射波曲線的影響，無(wú)形中人為地減小了低應(yīng)變反射波法檢測(cè)的準(zhǔn)確性。針對(duì)這一情況，本文介紹了低應(yīng)變法檢測(cè)的基本原理，并結(jié)合工程實(shí)例分析了地質(zhì)條件對(duì)反射波曲線特征的影響，對(duì)低應(yīng)變反射波法檢測(cè)工作具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：低應(yīng)變反射波法；地基基礎(chǔ)檢測(cè)；樁身完整性；地質(zhì)條件

1、引言

低應(yīng)變反射波法又叫反射波法，檢測(cè)目的為探測(cè)樁身缺陷及其位置，并根據(jù)缺陷類型判定樁身完整性類別，是目前國(guó)內(nèi)外工程檢測(cè)中最為常見的一種方法[1]。實(shí)踐表明，地質(zhì)條件是影響反射波曲線特征的其中一個(gè)重要因素，往往檢測(cè)人員由于不重視工程地質(zhì)條件，單純從反射波曲線特征區(qū)分析樁身的完整性，將樁看做一個(gè)獨(dú)立體，不能準(zhǔn)確判定轉(zhuǎn)身的完整性類別。

2、反射波法檢測(cè)的基本原理

一維彈性桿件模型是反射波法的理論基礎(chǔ)，即假設(shè)樁為等截面直桿，樁長(zhǎng)遠(yuǎn)大于樁徑，且頂端受激振后1.5倍樁徑下桿截面只有縱向變化橫向變化很微弱可以忽略，仍保持平面。當(dāng)應(yīng)力波在樁身傳播時(shí)，若樁身存在明顯的波阻抗差異界面，將產(chǎn)生反射波，通過(guò)分析反射波的頻率、波幅、位置、是否有多次反射等，判斷缺陷位置并對(duì)樁身完整性作出判斷[1]。其一維波動(dòng)方程為： ，式中U為沿應(yīng)力波傳播方向的位移，t

為傳播時(shí)間，C為傳播速度。

3、地質(zhì)條件對(duì)反射波曲線特征影響分析

根據(jù)一維波在桿件中的傳播規(guī)律，反射波曲線是同向反射還是反相反射主要根據(jù)公式 來(lái)判斷，式中n為阻抗比，ρ為樁密

度，C為波速，A1ρ1C1為入射波波阻抗界面，A2ρ2C2為反射波波阻抗界面。當(dāng)n小于1時(shí)，表示應(yīng)力波由強(qiáng)波阻抗界面進(jìn)入弱波阻抗界面，反射波曲線呈同相反射；當(dāng)n等于1時(shí)，表示上下界面波阻抗無(wú)差異，沒有反射波；當(dāng)n大于1時(shí)，表示應(yīng)力波由弱波阻抗界面進(jìn)入強(qiáng)波阻抗界面，反射波曲線呈反向反射[2]。

樁進(jìn)入土中以后，由于樁側(cè)巖土阻力的緣故，較放置在空氣中的樁來(lái)說(shuō)，應(yīng)力波傳播過(guò)程中會(huì)受到樁側(cè)巖土阻力影響，反射波衰減變快，探測(cè)的有效深度相對(duì)減少，此時(shí)曲線形態(tài)特征不僅包含了樁身波阻抗差異信息，還包含了樁側(cè)巖土變化的信息。當(dāng)樁側(cè)巖土存在軟硬地層的交界面時(shí)，在交界面附近會(huì)形成強(qiáng)波阻抗界面，反射波曲線在對(duì)應(yīng)位置上出現(xiàn)類似于缺陷反射的同相反射；對(duì)于嵌巖樁，若持力層強(qiáng)度與樁身砼強(qiáng)度相比差異不大或低于樁身砼強(qiáng)度時(shí)，阻抗界面差異小，樁底反射便不明顯，甚至在樁底位置會(huì)出現(xiàn)類似于沉渣的同相反射，因此嵌巖樁樁底反射是同向反射也是正常，需具體分析持力層巖土類別；若樁側(cè)巖土含有砂性土層（顆粒較大的土質(zhì)）時(shí)，成孔過(guò)程中包含該類土質(zhì)的地層在成孔時(shí)易掉塊甚至塌孔，導(dǎo)致多數(shù)鉆孔灌注樁反射波曲線均存在擴(kuò)徑現(xiàn)象；由于水與巖土體之間的相互作用會(huì)改變巖土體的化學(xué)性質(zhì)或物理性質(zhì)，使得巖土體的強(qiáng)度發(fā)生改變，因此在分析反射波曲線時(shí)需考慮地下水的埋深可能對(duì)曲線特征造成的影響；施工時(shí)在某些地質(zhì)條件下選擇了不適用的成孔方式或樁型，可能導(dǎo)致持力層在鉆孔時(shí)容易破碎（使得樁底反射在反射波曲線上表現(xiàn)為正反射）等不良情況也需注意。此外，各地層側(cè)摩阻力大小、地層起伏情況等地質(zhì)條件也同樣需要關(guān)注。

4、工程實(shí)例分析

實(shí)例1：某工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁，樁徑1.0m，樁長(zhǎng)24.8m，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)身砼強(qiáng)度C30，持力層為粉質(zhì)粘土，利用反射波法對(duì)其樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)。初次檢測(cè)反射波曲線特征如圖1所示，檢測(cè)員通過(guò)其反射波曲線特征（7.9m處嚴(yán)重缺陷反射，15.8m處二次反射明顯，無(wú)樁底反射）將其樁身完整性初步判定為Ⅲ類。施工單位在與業(yè)主單位及監(jiān)理單位協(xié)商后決定采用開挖的方式對(duì)其樁身完整性進(jìn)行驗(yàn)證，開挖深度9.0m。在7.9m左右位置出現(xiàn)樁徑先擴(kuò)大后恢復(fù)至正常的情況，擴(kuò)大尺寸約為原樁徑的1.4倍。在將擴(kuò)大部位鑿掉后進(jìn)行復(fù)測(cè)，7.9m處同向反射消失，樁底反射明顯，為Ⅰ類樁反射波曲線特征。隨著該工程樁身完整性檢測(cè)的深入，多數(shù)樁的反射波曲線在8.0m附近均出現(xiàn)同向反射，即該工程反射波曲線特征具有一定的共性。在查閱該工程巖土工程勘察報(bào)告時(shí)發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地層分布規(guī)律為：雜填土，黏土，淤泥，含礫粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土，其中含礫粉質(zhì)粘土層厚3.0～4.5m，埋深8.2m。經(jīng)分析：含礫粉質(zhì)粘土層屬“弱透水層”，在灌注混凝土的時(shí)候拔管速度過(guò)快，導(dǎo)致含礫粉質(zhì)粘土層塌孔，樁徑擴(kuò)大。經(jīng)查閱該工程施工記錄，其充盈系數(shù)多為1.5左右！

實(shí)例2：某工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁，樁徑0.8m，樁長(zhǎng)14.5m，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)身砼強(qiáng)度C25，持力層為微風(fēng)化白云巖，利用反射波法對(duì)其樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)。反射波曲線顯示樁身長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，波速在正常范圍，但是樁底反射為同向反射。通常微風(fēng)化白云巖屬于較硬巖，強(qiáng)度大于本次測(cè)試樁的樁身強(qiáng)度，基于此初步判定該樁沉渣較厚，為Ⅲ類樁。經(jīng)取芯驗(yàn)證，無(wú)沉渣，但是作為持力層的微風(fēng)化白云巖表面布滿了裂縫，經(jīng)測(cè)試，抗壓強(qiáng)度低于15Mpa，持力層強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，報(bào)與設(shè)計(jì)單位后，變更了設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。經(jīng)分析：該區(qū)域白云巖分布范圍較廣，埋深淺，地下水位較高。白云巖在與水的長(zhǎng)期作用下溶蝕裂縫較發(fā)育[3]，使得其強(qiáng)度下降明顯，低于樁身強(qiáng)度，使得樁底反射為同向反射！

5、結(jié)論

低應(yīng)變反射波法主要根據(jù)樁身波阻抗差異對(duì)對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果具有多解性，反射波曲線不僅包含著樁身波阻抗差異的信息（樁徑變化、樁身材料密度變化等），往往還包含著樁側(cè)巖土變化的信息。為更真實(shí)反映轉(zhuǎn)身信息，現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際樁長(zhǎng)、樁徑等樁身參數(shù)嘗試選擇材質(zhì)不同的力棒、錘擊力度、錘擊點(diǎn)與探頭粘結(jié)點(diǎn)之間的距離等，并將施工記錄、巖土工程勘察報(bào)告等資料收集齊備；在分析反射波法曲線時(shí)，不宜單純地將樁看做一個(gè)獨(dú)立體來(lái)分析，而應(yīng)將地質(zhì)條件充分考慮進(jìn)來(lái)，有無(wú)砂性土（透水層）、有無(wú)軟地層與硬地層分界點(diǎn)等。此外，還應(yīng)考慮灌注混凝土是有無(wú)護(hù)筒、在某種地質(zhì)條件下所采用的成孔方式可能出現(xiàn)的特殊情況（如塌孔、清孔不徹底導(dǎo)致沉渣偏厚等）等，并參考同種類型的樁在同區(qū)域相同或相似的地質(zhì)情況下反射波曲線特征的共性，綜合地分析反射波曲線，更加準(zhǔn)確地對(duì)樁身完整性做出評(píng)價(jià)！

參考文獻(xiàn)：

[1] JGJ106-2014，建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 劉屠梅，趙竹占，等.基樁檢測(cè)技術(shù)與實(shí)例[M].

[3] 杜斌山，賀振華，等. 碳酸鹽巖溶洞厚度定量預(yù)測(cè)方法研究與應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，27（6）：2528-2530.