楊 海

（廣州市穩(wěn)建工程檢測有限公司，廣東 廣州 510378）

0 引言

基樁屬于隱蔽工程，樁體若存在缺陷會造成工程完成后使用中存在安全隱患，引發(fā)經(jīng)濟(jì)損失和重大安全事故。樁身完整性的判斷是明確缺陷隱患的主要方式。低應(yīng)變法是樁身完整性判斷的方法之一，主要通過應(yīng)力波理論進(jìn)行曲線反射，然后根據(jù)曲線變化情況探明樁身質(zhì)量問題[1]，這在基樁檢測中優(yōu)勢十分明顯，操作簡單、無損，效果較好，被廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合具體工程案例，就基樁低應(yīng)變曲線分析進(jìn)行探討。

1 低應(yīng)變法檢測原理

近幾年地下隱蔽工程較多，其中基樁工程屬于常見的隱蔽工程，施工難度較大、工序較多，地下施工或水下施工過程監(jiān)測難度大，受復(fù)雜地質(zhì)、水滲流等影響，很容易出現(xiàn)塌孔、縮孔等問題，或混凝土灌注時(shí)若出現(xiàn)停頓、拔管過快或?qū)Ч馨慰盏惹闆r，很容易導(dǎo)致樁身夾泥、斷樁、縮徑、疏松、不密實(shí)等問題。這些缺陷如果得不到及時(shí)的修補(bǔ)處理，將直接影響樁身完整性、穩(wěn)定性，影響建筑項(xiàng)目的使用。而低應(yīng)變法就能夠有效地發(fā)現(xiàn)這些缺陷。

低應(yīng)變法采用能量瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)激振方式于樁頂進(jìn)行激振，通過能量的激振力形成波動，而波動從樁身一直到樁底進(jìn)行傳播，通過實(shí)測樁頂部加速度時(shí)程曲線或速度導(dǎo)納曲線，結(jié)合波動理論進(jìn)行分析，從而完成樁身完整性的判定。在瞬時(shí)錘擊力的沖擊下，壓力波以波速C向樁底傳播，若存在樁身混凝土內(nèi)部缺陷，缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)會透射與反射，樁頂接收到反射波能量，從而出現(xiàn)變化，以此探明樁身質(zhì)量。不同情形下反射波特征曲線表現(xiàn)差異較大，可探明樁身缺陷、斷裂、沉渣等情況，在實(shí)際的應(yīng)用中取得了比較理想的應(yīng)用效果。

2 基樁低應(yīng)變法檢測的判斷依據(jù)

低應(yīng)變法進(jìn)行基樁完整性檢測主要運(yùn)用反射波理論，物理模型為一維彈性桿件，樁深波阻抗大于樁周土，用力錘擊樁，頂樁中產(chǎn)生引力波，引力波在向下傳播過程中遇到波阻抗界面會出現(xiàn)波的反射，人們根據(jù)反射波的波形、相位、振幅、頻率及波的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行樁身完整性的判斷，其對應(yīng)具體的判斷依據(jù)。若樁身完整，任意兩個(gè)截面樁身內(nèi)不會產(chǎn)生引力波，此時(shí)樁頂加速度傳感器測量得到的反射波信號為零。樁身存在縮徑問題，引力波由樁頂向下傳播時(shí)由大截面?zhèn)鞑サ叫〗孛?，也就是縮徑處，反射波到達(dá)樁頂時(shí)檢波器檢測到的引力波與沖錘擊壓縮波方向一致；若樁身存在擴(kuò)徑問題，彈性波由樁頂向下傳播，先小截面?zhèn)鞑?，后大截面，反射波到達(dá)樁頂時(shí)檢波器會測到引力波與初始錘擊波壓縮波方向相反。樁身存在離析問題，主要對應(yīng)不規(guī)則的波形表現(xiàn)，且波形頻率偏低，第一反射波與初始波一致，后續(xù)反射波信號雜亂無章。樁身斷裂或存在夾層情況，反射波波形十分尖銳，能量強(qiáng)，主頻率單一夾高頻成分似正弦波形，到下半副則減弱，若存在大斜形斷裂問題，波形會有明顯畸變表現(xiàn)。

3 采用低應(yīng)變法進(jìn)行基樁檢測曲線判斷時(shí)的注意事項(xiàng)

3.1 鉆孔灌注樁上部護(hù)筒

鉆孔灌注樁成孔施工作業(yè)時(shí)，會在上部倒入比樁深直徑偏大的護(hù)筒，一般規(guī)格為1200~1500mm之間，當(dāng)樁澆灌成型后會對應(yīng)上大下小的變徑，當(dāng)使用低應(yīng)變法進(jìn)行基樁檢測，曲線在變徑部位會有縮徑反射，甚至出現(xiàn)多次反射的情況，干擾正常信號，影響判讀。圖1顯示了鉆孔灌注樁的上部護(hù)筒影響曲線的具體情況。針對這一問題，要先了解樁帽是否存在，避免出現(xiàn)誤判的情況。

圖1 鉆孔灌注樁的的上部護(hù)筒影響曲線示意

3.2 人工挖孔樁上部變直徑

正常情形下，人工挖孔樁混凝土護(hù)壁厚度在150~200mm之間。若土層較好的情形下，部分施工企業(yè)為節(jié)約成本，減少材料使用，上部護(hù)壁進(jìn)行規(guī)范施工，而下部護(hù)壁減少厚度，一般減少30~70mm，此時(shí)樁身直徑變小會形成樁頂大、樁身小的樁帽，此時(shí)低應(yīng)變法基樁檢測其曲線，在變徑處會有明顯的類縮徑反射或出現(xiàn)多次反射的情況，也需要特殊關(guān)注，了解樁帽是否存在，避免出現(xiàn)誤判情況。

3.3 鉆孔樁入巖變直徑

若在軟土層中鉆孔灌注樁鉆頭晃動，土層存在自然塌方的風(fēng)險(xiǎn)。樁孔直徑會大于鉆頭直徑，當(dāng)其進(jìn)入硬質(zhì)土層或堅(jiān)硬的巖石層，在其導(dǎo)向作用下，樁孔直徑不變，但樁身從軟土層進(jìn)入硬土層或巖石后樁身直徑變小，使用低應(yīng)變法進(jìn)行基樁檢測及對應(yīng)的曲線有縮徑反射可能，而樁身從硬質(zhì)土層進(jìn)入軟質(zhì)土層會出現(xiàn)相反的情況，此時(shí)樁身直徑變大，曲線則對應(yīng)擴(kuò)徑問題。這種情況也要做好地質(zhì)勘察，了解土層情況，獲取關(guān)鍵信息，以避免做出假縮徑、假擴(kuò)徑的誤判。鉆孔樁入巖變直徑現(xiàn)象影響曲線見圖2。

圖2 鉆孔樁的入巖變直徑現(xiàn)象影響曲線示意

3.4 人工挖孔樁入巖變直徑

在實(shí)際的低應(yīng)變法基樁完整性檢測中，也存在人工挖孔樁入巖變直徑的情形。這是因?yàn)槿斯ね诳谆炷凉嘧?，?dāng)樁身進(jìn)入巖石后，便不再使用混凝土護(hù)壁。此時(shí)樁身直徑會小于土層中的樁身直徑，偏差在200~300mm，低應(yīng)變法基樁檢測所對應(yīng)的曲線在該部位會出現(xiàn)類縮徑反射，典型的入巖人工挖孔樁樁底清理相對干凈，樁底反射十分微弱，在曲線判讀時(shí)，要避免將類縮徑反射當(dāng)作來自于樁底的反射信號，從而產(chǎn)生誤判。

3.5 人工挖孔樁樁底混凝土離析

部分基樁施工作業(yè)項(xiàng)目地形條件復(fù)雜，地下水太大，且沒有采用水下混凝土灌注工藝，使得樁身下部位或整個(gè)樁身在水的浸泡作用下會出現(xiàn)混凝土離析的問題。樁身混凝土離析是漸變的過程，需要長期的漸變反應(yīng)，因此在使用低應(yīng)變法進(jìn)行基樁完整性檢測時(shí)，所獲取的曲線反應(yīng)不夠明顯，且無法獲知樁底反射信號，也可能對應(yīng)樁底反射信號；或者能獲取，但頻率變低、波形變寬，平均波速變小，在這種情況下，應(yīng)避免盲目根據(jù)曲線情況進(jìn)行樁身質(zhì)量的判斷，應(yīng)配合鉆孔取芯檢查，以查明混凝土離析的真實(shí)情況。人工挖孔樁樁底混凝土離析現(xiàn)象影響曲線情形見圖3。

圖3 人工挖孔樁的樁底混凝土離析現(xiàn)象影響曲線

3.6 入巖深度偏大的大直徑灌注樁

當(dāng)前路橋施工中基樁工程較多，而針對路橋工程也存在入巖深度大的大直徑灌注樁的作業(yè)情形，若基樁入巖時(shí)深度偏大，甚至超過了樁長的80%以上，巖石會對激發(fā)能量波有吸收作用，此時(shí)使用低應(yīng)變法進(jìn)行基樁檢測，可能無法檢測到樁底，只能檢測到大致的入巖位置，因此獲取的曲線只是震蕩波，震蕩波見圖4。這種情況也要特殊對待，結(jié)合多種材料進(jìn)行綜合判斷，熟悉地質(zhì)條件，明確施工的特殊性，根據(jù)低應(yīng)變法測試曲線探明樁質(zhì)量問題。

圖4 大直徑灌注樁入巖很深時(shí)影響曲線示意

4 低應(yīng)變法在基樁檢測中的具體應(yīng)用案例

4.1 樁徑變化產(chǎn)生的低應(yīng)變曲線同向反射信號

以某跨海大橋?yàn)槔?，對其水中?-8號樁進(jìn)行檢測。樁長34m，樁徑1000mm，所獲取的低應(yīng)變檢測曲線如圖5。從低應(yīng)變曲線情況來看，6m處有比較明顯的缺陷，反射信號存在，于樁中心兩側(cè)部位靠近鋼筋籠處鉆芯，兩孔分別取芯8m。從取芯情況看，芯樣連續(xù)、完整且堅(jiān)硬，對應(yīng)的骨料分布也比較均勻，側(cè)壁處于光滑狀態(tài)，沒有發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。由此可認(rèn)為是因?yàn)闃稄阶兓a(chǎn)生的低應(yīng)變曲線引發(fā)的誤判問題。8號墩處于水中，共計(jì)8根，樁頂高程為-5.69m，護(hù)筒底高程為-11.98m，深度在6m左右，且有不同程度的同向反射信號，尤以8號樁最為嚴(yán)重，但通過取芯驗(yàn)證卻沒有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，整個(gè)灌注作業(yè)過程中也沒有明顯的失誤，綜合判斷得出結(jié)論，護(hù)筒直徑超出樁直徑0.3m，護(hù)筒底部以下樁身有明顯假縮徑問題，造成低應(yīng)變檢測曲線判斷結(jié)果不準(zhǔn)，建議水中墩灌注樁護(hù)筒應(yīng)延伸至樁頂以下數(shù)米，且確保護(hù)筒直徑大于樁身直徑。由此可知，在進(jìn)行低應(yīng)變法基樁檢測時(shí)，應(yīng)先排除護(hù)筒擴(kuò)徑的因素。

圖5 8-8號樁低應(yīng)變曲線

4.2 基樁施工工藝不當(dāng)引發(fā)的樁身質(zhì)量缺陷

施工工藝不當(dāng)會導(dǎo)致樁身質(zhì)量缺陷。通過低應(yīng)變法基樁檢測曲線查明樁深質(zhì)量，以某工程為例，0~8號樁樁長43m，樁徑1000mm，使用低應(yīng)變法進(jìn)行基樁檢測獲得曲線如圖6。在26m處有類似樁底反射信號，但根據(jù)灌裝記錄看，確實(shí)灌注了43m，為驗(yàn)證26m處的樁身質(zhì)量，鉆芯進(jìn)行驗(yàn)證，取芯結(jié)果表明，0~25.9m處芯樣處于完整狀態(tài)，而25.9~26.6m芯樣一小部分為黃色黏性土，26.6m以下又對應(yīng)完整芯樣，認(rèn)為26m左右有縮徑問題。

圖6 0-8號樁低應(yīng)變曲線

4.3 施工失誤引發(fā)的基樁質(zhì)量缺陷問題

某工程0~10號樁，樁長50m，樁徑1500mm，采用低應(yīng)變法基樁檢測獲取檢測波曲線。從曲線情況看，全部存在缺陷，開挖驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)垂直樁身豎向有裂紋。裂紋嚴(yán)重程度較高，但考慮到一維理論檢測樁身縱向裂紋依據(jù)不充分，遂采用擴(kuò)徑樁理論進(jìn)行解釋，再使用低應(yīng)變法進(jìn)行基樁檢測，但沒有明顯裂紋，低應(yīng)變法檢測曲線則探明淺部缺陷，施工單位在樁頭剔除過程中發(fā)現(xiàn)樁頭有豎向裂紋，未探明裂紋深度，挖開樁周土發(fā)現(xiàn)兩側(cè)均有裂紋，且下延進(jìn)1m。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，相鄰樁近6m長的樁頭倒向該樁并砸中[2]，屬施工失誤引發(fā)基樁質(zhì)量缺陷問題。

5 基樁的低應(yīng)變法檢測曲線判斷注意事項(xiàng)

單純依靠曲線變化情況進(jìn)行樁身完整性的判斷并不全面。結(jié)合幾個(gè)典型案例，認(rèn)為混凝土灌注樁低應(yīng)變法檢測應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）要明確基樁位置的地質(zhì)情況、水文情況。特別是樁身存在穿過軟土層、砂土層時(shí)，若工藝運(yùn)用不當(dāng)很容易出現(xiàn)孔壁坍塌問題，出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象。因此，當(dāng)判明樁身有缺陷時(shí)要調(diào)整施工工藝。

（2）要明確基樁的施工方法，這是使用低應(yīng)變法進(jìn)行基樁檢測的基本要求。當(dāng)前的灌注中有沉管灌注、鉆孔灌注、人工挖孔灌注等不同類型，且又對應(yīng)反循環(huán)鉆孔、正循環(huán)鉆孔等成孔法，需要施工單位根據(jù)具體情況合理選擇施工方法，并做好特殊保護(hù)。在使用低應(yīng)變法進(jìn)行基樁檢測時(shí)要預(yù)估到這些情況，對護(hù)筒過長、直徑過大等問題有所考慮。

（3）要關(guān)注低應(yīng)變反射波法受到的干擾因素，諸如樁身截面突變、斷樁、空洞、離析、沉渣、應(yīng)變/激振方式選用、樁頭的處理情況等都會對判別結(jié)果造成影響，對于大直徑樁、長徑比很小的樁，應(yīng)注意其尺寸效應(yīng)，不能完全用一維理論來解釋，可采用增加檢測點(diǎn)、與其它檢測方法相互校核的方式進(jìn)行。這也要求檢測人員在檢測過程中要細(xì)心、全面、謹(jǐn)慎，避免出現(xiàn)人為誤判的情況，只有多方面綜合分析，必要時(shí)配合鉆孔取芯或開挖驗(yàn)證才能真正保證樁身質(zhì)量過關(guān)。

6 結(jié)束語

本文根據(jù)低應(yīng)變反射波法測樁工作原理，在參考相關(guān)文獻(xiàn)、分析具體檢測案例的基礎(chǔ)上，對低應(yīng)變檢測曲線中波形判讀的幾個(gè)“假缺陷”現(xiàn)象進(jìn)行了論述，并對產(chǎn)生這些波形的原因進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，希望對檢測人員有一定的指導(dǎo)與參考，真正引起現(xiàn)場測試及分析人員的重視，提高檢測工作質(zhì)量，確保檢測評定結(jié)果的高可信度，也為基樁施工作業(yè)提供檢測理論支持。