宋清波

（鐵正檢測(cè)科技有限公司，山東 濟(jì)南250014）

1 概述

近年來，在橋梁樁基工程中，因施工技術(shù)工藝、管理水平等因素的限制，灌注過程中任一環(huán)節(jié)的失誤，樁身質(zhì)量都會(huì)受到影響，進(jìn)而危害上部建筑物結(jié)構(gòu)的安全[1]。國內(nèi)中西部地區(qū)巖層埋深相對(duì)較淺，嵌巖樁的應(yīng)用非常普遍[2]。嵌巖樁一般要求樁基進(jìn)入相對(duì)較好的持力層以獲得較高的承載力并控制變形。為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)物安全性和使用壽命，橋梁基樁質(zhì)量的檢測(cè)至關(guān)重要。低應(yīng)變法因其具有無損便捷、檢測(cè)高效、成本低廉[3]等優(yōu)點(diǎn)，是橋梁基樁完整性檢測(cè)廣為使用的物探方法之一。

2 低應(yīng)變波法檢測(cè)橋梁基樁的基本原理

在對(duì)橋梁基樁進(jìn)行低應(yīng)變法檢測(cè)時(shí)，樁體的長度遠(yuǎn)大于其直徑，基樁可以被近似看作一維彈性桿件，因此本法的理論依據(jù)是一維波動(dòng)理論[4]。具體檢測(cè)時(shí)通過在樁頂豎向激振（力棒或手錘），由此產(chǎn)生的彈性波以波速c 沿樁身向下傳播，當(dāng)樁身存在明顯界面波阻抗Z（ Z =ρcA）差異時(shí)，如斷樁、離析、夾泥或者樁身截面積發(fā)生幾何變化（縮頸和擴(kuò)頸）等，一部分彈性波發(fā)生反射向樁頂傳播，另一部分則透射過界面向樁端傳播，在樁端處又產(chǎn)生反射到樁頂，從而在樁頂能測(cè)到激振信號(hào)。

3 低應(yīng)變法檢測(cè)嵌巖樁工程實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬對(duì)比研究

3.1 工程實(shí)例

某鐵路工程XX 橋，橋梁工程基樁采用樁徑為φ1.50m、設(shè)計(jì)樁長為8.00m、砼強(qiáng)度等級(jí)為C30，樁型為嵌巖樁。用基樁動(dòng)測(cè)儀檢測(cè)該樁，低應(yīng)變檢測(cè)曲線如圖1 所示。該工程地處地質(zhì)條件復(fù)雜，地層破碎、巖溶發(fā)育的江西西北部地區(qū)；在對(duì)該樁檢測(cè)過程中，儀器及傳感器工作正常，無任何影響因素；現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)樁底反射信號(hào)與入射信號(hào)同相位，且其幅值過大。

圖1 低應(yīng)變實(shí)測(cè)檢測(cè)曲線

在時(shí)域曲線上樁端反射波與入射波的相位相同，波阻抗減小往往是嵌巖樁端持力層軟弱或是樁底沉渣過厚。

3.2 成因分析

造成嵌巖樁樁底質(zhì)量不佳的主要因素有：樁底沉渣過厚或樁端入巖狀況不好。為確定工程實(shí)例中嵌巖樁樁底的真實(shí)情況，本文通過建立右樁底沉渣的嵌巖樁數(shù)值模型，進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，通過數(shù)值模擬信號(hào)與工程實(shí)測(cè)信號(hào)對(duì)比分析，初步給出檢測(cè)結(jié)果判定結(jié)論。

3.3 樁底有沉渣的數(shù)值模擬

下面對(duì)嵌巖樁的計(jì)算模擬時(shí)域波形曲線的樁底反射信號(hào)[5-7]特征進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)嵌巖樁樁樁徑為φ1.50m、設(shè)計(jì)樁長為8.00m、砼強(qiáng)度等級(jí)為C30，樁底沉渣的厚度分別設(shè)為0.2m，橫截面積與樁徑一致，用碎石做樁底沉渣材料，具體材料參數(shù)如表1所示。

表1 材料參數(shù)

對(duì)樁底有沉渣的嵌巖樁進(jìn)行網(wǎng)格模型劃分，如圖2 所示。

圖2 樁底有沉渣的嵌巖樁模型

模擬繪制的嵌巖樁樁頂C 測(cè)點(diǎn)的速度時(shí)程曲線如圖3 所示。

通過對(duì)時(shí)域曲線信號(hào)進(jìn)行計(jì)算模擬，樁底產(chǎn)生的反射波為與入射波同相的反射波，后面連續(xù)出現(xiàn)一個(gè)幅值明顯偏小的與入射波反相的反射波。

圖3 有樁底沉渣時(shí)C 測(cè)點(diǎn)的速度時(shí)程曲線

通過對(duì)比模擬信號(hào)與實(shí)測(cè)信號(hào)，模擬樁端有沉渣的嵌巖樁樁底反射信號(hào)幅值遠(yuǎn)大于工程實(shí)測(cè)嵌巖樁樁底反射信號(hào)幅值，可排除樁端沉渣過厚可能性，初步判定該嵌巖樁樁端未入巖。

4 取芯驗(yàn)證

為使檢測(cè)結(jié)論更加嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確，采用更為直觀的鉆芯取樣法在該樁中心位置進(jìn)行開孔驗(yàn)證。嵌巖樁芯樣如4 所示。

圖4 嵌巖樁芯樣

由圖4 可以看出該樁混凝土芯樣連續(xù)完整，表面光滑，骨料分布均勻呈長柱狀，端口吻合：但是該樁在設(shè)計(jì)樁底以下未入巖，持力層狀況為黏質(zhì)砂土，與設(shè)計(jì)勘探資料嚴(yán)重不符。

5 結(jié)論

5.1 低應(yīng)變反射波在嵌巖樁樁底信號(hào)反應(yīng)敏感，通過樁身低應(yīng)變檢測(cè)能有效控制嵌巖樁質(zhì)量、驗(yàn)證樁端持力層狀況。

5.2 對(duì)于樁底有沉渣或未入巖的嵌巖樁，能得到與入射波同相位的樁底反射波信號(hào)，其幅值大小與沉渣的厚度和物理力學(xué)性質(zhì)呈正相關(guān)。

5.3 數(shù)值模型的建立與模擬計(jì)算分析，是一種有效的手段；有助于提高低應(yīng)變法在樁基檢測(cè)中的準(zhǔn)確性。