彭述怡 卿曉鋒

（四川宇暉工程技術(shù)有限公司，四川 成都 610052）

0 引言

低應(yīng)變法采用瞬態(tài)激振的方式，通過實測樁頂加速度或速度響應(yīng)的時域或頻域特征，分析判定基樁的樁身完整性。根據(jù)一維彈性桿件波動理論，要求半徑R＜樁長L，通常要求長徑比L/R≥10，其假設(shè)波在橫截面上是同幅值、同相位的。而在實際中，波在樁上部的傳播是三維的［1］。當在樁頭激振時，將產(chǎn)生縱波、橫波及瑞利波［1］，其在樁頭附近產(chǎn)生多次反射，形成干擾。實際工程中存在的“短而粗”的大直徑灌注嵌巖樁，滿足不了一維彈性桿件波動理論，這更增加了彈性波傳播的三維特性［1］。同時，樁直徑越大，樁頭混凝土的不均勻性越明顯，綜合導致基樁低應(yīng)變信號一致性變差。對于成都以南、以東的廣大地區(qū)，擬建場地勘探深度范圍內(nèi)的地層由為第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、黏土，下伏白堊系上統(tǒng)夾關(guān)組（K2j）泥巖及砂巖構(gòu)成。樁基礎(chǔ)持力層一般為中分化泥巖、砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)砂巖，其天然單軸抗壓強度通常小于15 MPa，屬于軟巖。樁底信號基本上以同向反射為主，推測波速往往比理論值高。對于此類基樁低應(yīng)變成果利用，應(yīng)結(jié)合工程具體情況加以分析，切忌僅根據(jù)一條波形確定［2］，否則易導致誤判或錯判。以下結(jié)合典型工程實例，對此類基樁低應(yīng)變曲線進行分析。

1 工程概況

檢測對象為大直徑灌注嵌巖端承樁，基樁直徑有1 200 mm、1 400 mm、1 600 mm、1 800 mm 四種，樁長6～13 m，混凝土強度等級C30。根據(jù)勘察資料，在樁深度范圍內(nèi)，樁周土為全風化、強風化和中等風化泥巖或泥質(zhì)砂巖，樁底持力層為中風化泥巖或泥質(zhì)砂巖，樁嵌巖深度大于3 m。此類樁為典型的大直徑短樁，在工程中較為常見。

2 激振與接收問題

按照規(guī)范［3］要求，實心樁傳感器安裝點在樁中心約2/3半徑處，激振點盡量位于樁頭平面中心處，此布置可以最大程度減少高頻干擾。由于大直徑樁不滿足一維彈性桿件要求，彈性波三維屬性明顯。同時，不同的激振器、樁面混凝土不均勻、樁面不平以及樁頭有裂紋等也會對低應(yīng)變檢測造成嚴重干擾。這就導致當激振點固定時，傳感器在不同位置接收曲線形態(tài)差異較大甚至完全不同，即同一基樁曲線一致性差。

圖1 為激振點在樁中心處、兩個傳感器與激振點距離相同但方位不同所測低應(yīng)變曲線。從圖1可以看出，曲線1（從上往下依次）有明顯的樁底信號，曲線2 則沒有，兩者淺部曲線形態(tài)也有較大差異。通過現(xiàn)場分析，主要是由3 個因素造成的。一是樁面處理不完全平整；二是樁徑大，樁頭的混凝土不均性；三是長徑比小，樁淺部彈性波以球面波形式傳播，曲線受到多重干擾導致形態(tài)不可控。因此，對此類基樁，建議在不同地點激振和不同方位接收，每根樁選取最符合實際的曲線分析利用，同一個工程盡量選取類似的曲線形態(tài)以便參照對比。

圖1 不同接收位置低應(yīng)變曲線對比（方位不同）

圖2、圖3 為激振點固定、傳感器與激振點距離不同所測得的低應(yīng)變曲線?？梢钥闯?，圖2 曲線1有較明顯的樁底信號，但是淺部特征不明顯；曲線2首波后曲線下陷大，后半段基本為一條直線，異常和樁底信號不明顯。圖3 曲線1 形態(tài)干凈，有樁底信號，正常判為一類樁；曲線2 形態(tài)雜亂，容易判淺部缺陷。通過現(xiàn)場分析，主要是由兩個因素造成的。一是距離越近（圖2 曲線2），傳感器受到錘擊影響大，掩蓋了中深部及樁底反射信號；二是收發(fā)距離越遠，當傳感器與激振點之間的樁頭范圍內(nèi)存在不均勻、破損、不平整等情況，會導致淺部信號雜亂無章。因此，對于此類基樁，建議更換不同激振點與傳感器位置，收發(fā)距離適中，探索采集到合理的、較好的信號分析利用。

圖2 不同接收位置低應(yīng)變曲線對比（距離不同）

圖3 不同接收位置低應(yīng)變曲線對比（樁面不均勻）

圖4 為傳感器在同一位置、激振器不同所測得的低應(yīng)變曲線，曲線1為鐵手錘激振所測，曲線2為力棒激振所測。從圖4 可以看出，力棒曲線首波橫向?qū)挾容^大，淺部形態(tài)較寬緩，淺部分辨率較低，樁底信號較明顯，顯示出彈性波相對低頻特征；鐵手錘首波橫向窄，淺部形態(tài)更細致，淺部分辨率較高，但樁底信號不明顯，顯示出彈性波高頻特征。通過現(xiàn)場分析，主要是由3 個因素造成的。一是力棒激振能量大，同時尼龍頭激振的彈性波頻率段更低，波長更大導致波傳播更深、分辨力弱。而鐵手錘激振能量小，激振彈性波以高頻段為主，波長小，衰減快，淺部分辨率高［4］。因此，對于此類大基樁，建議使用組合錘激振，以力棒為主，鐵手錘為輔，每根樁分別保存兩種激振設(shè)備的信號。

圖4 同位置接收的尼龍力棒與鐵手錘低應(yīng)變曲線對比

3 樁底反射與波速問題

3.1 樁底反射問題

以泥巖或砂質(zhì)泥巖作為持力層的樁基礎(chǔ)，基樁混凝土等級一般為C30、C35，樁身與持力層具有明顯的阻抗差異。按照波阻抗理論，樁底信號應(yīng)為同向反射信號；但嵌巖樁進入基巖一定深度且嵌巖效果良好（無沉渣和樁周緊密接觸）的情況下，樁底部與基巖接近融為一體，阻抗反而增大，樁底信號應(yīng)為反向反射信號或者無明顯信號。實際中本地區(qū)絕大多數(shù)樁底信號為同向反射信號。這是由于軟巖持力層阻抗明顯低于樁身，即使嵌巖良好，也難以達到兩者阻抗接近或者超過樁身阻抗，同時實際施工也很難控制到嵌巖良好，因而以同向反射為主。實際中僅硬質(zhì)基巖持力層上嵌巖良好的情況下才能呈現(xiàn)反向樁底信號。

圖5 曲線樁底同向反射信號明顯，作為嵌巖樁，容易與樁底沉渣所引起的樁底信號混淆。眾多工程實例表明，解決這一問題最可靠的措施是結(jié)合鉆芯法和聲波法綜合核驗樁底沉渣情況。當鉆芯法和聲波法未發(fā)現(xiàn)基樁明顯沉渣情況下，可分析該工程大面積基樁的樁底信號共性特征。當基樁均有明顯樁底同向反射信號，施工記錄和地質(zhì)水文條件分析沉渣的可能性不大，則基本可以排除沉渣隱患。個別仍有疑慮的基樁還應(yīng)結(jié)合樁長和樁周土性狀分析，在樁長較長、樁周土較硬、波速正常的情況下，樁底同向反射信號如果過于明顯應(yīng)考慮其他方法進行樁底沉渣驗證［5］。

3.2 波速問題

由圖5可知，根據(jù)施工、鉆芯樁長以及曲線形態(tài)定樁底后，推測平均波速達到了4 400～4 500 m/s，較大超過了C30混凝土的理論波速3 800～4 200 m/s。通常這在大直徑灌注樁上較為常見，多以速度偏大，樁越短，偏大越多。這是因為樁橫向尺寸引起的時間滯后，即激振點至傳感器有一定距離，在傳感器接收到激振產(chǎn)生的直達波時，激振處縱波已經(jīng)向樁身下部傳播一定距離，導致接收時間滯后，波速偏大。通常傳感器距激振點越遠，或者樁頭處理不平整等，波在樁面?zhèn)鞑r間越長導致波速偏大。針對這個問題，建議檢測中傳感器與激振點保持適中距離。前期選取數(shù)根典型樁試驗得出最佳激振和接收參數(shù)［5］，對整個工程樁采取同樣的參數(shù)檢測。

圖5 樁底反射信號明顯的低應(yīng)變曲線

4 結(jié)語

通過工程實例分析，低應(yīng)變法在大直徑嵌巖樁上應(yīng)用有一定的可靠性，但暴露出來的問題也不少。若要對每一根基樁作出正確的判斷，就要求檢測人員不僅要熟悉樁的成樁工藝和工程地質(zhì)情況，還要對低應(yīng)變法本身的適用條件、理論分析和現(xiàn)場檢測注意事項等熟練掌握，必要時還應(yīng)采取其他方法進行驗證，避免誤判或錯判。