朱小華，陳 瑾，譚 睿，王昌平

（1.湖北華祥建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，湖北 武漢 430034；2.湖北省地質(zhì)實驗測試中心，湖北 武漢 430034）

0 引言

在我國樁基質(zhì)量檢測方法有多種，其中低應(yīng)變反射波法由于其基本原理簡單、快速無損、資料判讀直觀、準(zhǔn)確度較高而在樁基檢測中占據(jù)主流地位。但是如果操作者不能認真對待檢測過程中的每一步驟，都可能造成誤判、漏判，以至造成工程隱患［1］。這就對基樁檢測人員提出了較高的要求，要求檢測人員不僅要有豐富的理論知識，還需具備豐富的實踐經(jīng)驗。

1 低應(yīng)變原理

低應(yīng)變法檢測的理論基礎(chǔ)是一維線彈性桿件模型，是一種理想化的數(shù)學(xué)模型。假定基樁作為均勻細長的線彈性桿件，當(dāng)樁頂受到縱向沖擊波時，根據(jù)應(yīng)力波沿樁身傳播的規(guī)律，當(dāng)樁身波阻抗有明顯變化時，就會有反射波回到樁頂引起基波振幅和相位發(fā)生變化。通過記錄分析儀接收到的波形信號數(shù)據(jù)，可以分析樁身的完整性，并判斷擴徑、縮徑、斷裂、離析、夾泥、交接不良、樁底沉渣等多種樁身缺陷的類型［2］。

實際上儀器接收的樁頂速度響應(yīng)時程曲線反映的不僅是樁身完整性，更是多種因素綜合作用的結(jié)果。因此，低應(yīng)變反射波法只能對基樁的樁身完整性進行定性的判定，而無法對缺陷的類型進行描述，更不能確定缺陷的大小和準(zhǔn)確位置。在實際檢測過程中，應(yīng)力波傳播主要受到樁身材料阻尼和樁周土摩阻力的影響，除此之外還有樁側(cè)土阻尼、測試系統(tǒng)的幅頻與相頻響應(yīng)、測試人員的主觀判斷等一系列影響因素。因此當(dāng)?shù)蛻?yīng)變法檢測中出現(xiàn)共性問題或不能明確樁身完整性類別時，一定要慎重，千萬不要輕易下結(jié)論。要結(jié)合巖土工程勘察報告、設(shè)計圖紙、施工記錄、監(jiān)理日志等資料來進行綜合分析；同時根據(jù)實際情況采用靜載法、鉆芯法、高應(yīng)變法、開挖、孔內(nèi)攝像等方法進行驗證檢測。以下結(jié)合大直徑鉆（挖）孔灌注樁和突變地層中的預(yù)制樁兩個典型的工程案例，分析低應(yīng)變檢測過程中的注意事項以及樁身完整性的判定依據(jù)，總結(jié)避免誤判的檢測經(jīng)驗，為類似檢測項目提供參考依據(jù)。

2 大直徑鉆（挖）孔灌注樁檢測

2.1 工程概況

某山體修復(fù)工程抗滑樁，共設(shè)計 5 種抗滑樁型：其中 D 型抗滑樁采用混凝土護壁人工挖孔樁，共計 80 根，平均樁長約 18.0 m，樁截面尺寸為 2.0 m×3.0 m，嵌固深度≥6 m 且進入砂巖≥4.5 m，樁身混凝士設(shè)計強度 C35。D 型抗滑樁結(jié)構(gòu)大樣圖如圖 1 所示。

圖1 D 型抗滑樁結(jié)構(gòu)大樣圖（單位：mm）

根據(jù)巖土工程勘察報告，地層自上而下依次為雜填土、素填土混淤泥、粉質(zhì)黏土、黏土、碎石土、粉質(zhì)黏土、中風(fēng)化石英砂巖。

2.2 現(xiàn)場檢測

采用低應(yīng)變法對 D 型樁進行樁身完整性檢測，由于抗滑樁截面尺寸較大，依據(jù) JGJ 106-2014《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》［3］規(guī)定，樁心對稱布置 4 個安裝傳感器的檢測點，激振點在樁中心位置，檢測點在距離樁中心 2/3 半徑位置。根據(jù)該工程樁的特點，現(xiàn)場檢測選錘時，根據(jù)低頻脈沖有利于檢測樁深部缺陷，高頻脈沖有利于檢測淺部缺陷的特點［4］，選擇激發(fā)能量大的力棒敲擊樁頭，同時選擇力錘敲擊進行測試對比。

第一次采用力棒進行敲擊，現(xiàn)場測試的樁頂速度響應(yīng)時程曲線如圖 2 所示。從圖 2 中可看出波形曲線產(chǎn)生了高頻干擾信號，無法對樁身完整性進行有效分析。

圖2 D 6 # 樁實測信號曲線（第一次）

在以手錘敲擊的低應(yīng)變測試中，常出現(xiàn)一種與測量系統(tǒng)頻率特性無關(guān)的高頻干擾，在樁徑大而脈沖窄時尤其嚴(yán)重，且其幅值隨時間衰減較為緩慢，它對缺陷反射包括樁底反射都有較強的掩蓋作用。雖然可以通過模擬或數(shù)字濾波將樁頂接收到的高頻干擾波濾除，但大直徑樁在窄脈沖激勵時由于尺寸效應(yīng)引起的平截面假設(shè)的失效，從而背離一維理論所引起的誤差卻是在樁身中固有的。所以，在測大直徑樁時，應(yīng)適當(dāng)采用軟墊拓寬脈沖，也即機械濾波［5］。

第二次采用重錘且使用錘墊進行敲擊，現(xiàn)場測試的樁頂速度響應(yīng)時程曲線如圖 3 所示，實測信號曲線樁底反射明顯，波形光滑，不含毛刺、振蕩波和干擾波，且包含了擴頸反射波，波形最終回歸基線，表明測試效果較好。

圖3 D 6 # 樁實測信號曲線（第二次）

從實測信號曲線分析，并結(jié)合現(xiàn)場施工記錄（見表 1：D5#～D11# 樁施工記錄），D6# 樁擴頸位置為樁頂以下 7.7 m 位置（混凝土強度等級為 C35，波速設(shè)置為 4 000 m/s），與施工記錄 7.25 m 基本吻合，據(jù)此波速推算樁長為 17.8 m 左右，短于施工記錄的 19.35 m。設(shè)計要求 D 型抗滑樁嵌入深度≥6 m 且進入砂巖≥4.5 m，由反射波曲線可看到明顯的樁底反射，可判斷嵌固效果差。之后對 D6 井樁進行鉆孔取芯，如圖 4 所示，發(fā)現(xiàn)樁底有 100 cm 的沉渣，驗證了此抗滑樁嵌固效果差。

表1 D 5 #～D 11 # 樁施工記錄

圖4 D6# 樁鉆孔取芯

2.3 案例分析

從現(xiàn)場兩次檢測的效果來看，由于第二次增加了錘重，且使用錘墊（機械濾波）拓寬了激勵脈沖寬度，檢測效果好。一般來講激振能量與脈寬取決于激振工具的重量、外形尺寸、錘頭材料及打擊力度，因為這些參數(shù)決定力脈沖作用時間，作用時間越短促，其力脈沖時間越窄，所含的高頻成分越豐富；反之作用時間越長，其能量將主要集中在低頻范圍，認識這一點是正確把握激振的關(guān)鍵［5］。因為低應(yīng)變反射波法是建立在一維桿縱波理論基礎(chǔ)上的，本理論的前提條件是激勵脈沖的波長與被檢測樁的半徑之比足夠大（一般要求≥10），否則平截面假設(shè)不成立。所以，對大直徑樁，若敲擊力脈沖過窄，易產(chǎn)生高頻干擾信號，不利于樁身完整性的分析判定。以圖 5 為例進行說明，對應(yīng)直徑 1.0 m，樁長 10 m 的灌注樁，激振力脈沖寬度為 0.5 ms 和 1.0 ms 的兩種理論計算反射波波形比較。顯然，寬脈沖力高頻干擾較少，窄脈沖力高頻干擾很大。所以，我們在檢測大直徑樁時應(yīng)注意，選用錘頭材質(zhì)較軟的材料，且增加錘重和加大錘墊厚度來增大敲擊力脈沖寬度，從而減小高頻干擾信號的影響。

圖5 不同敲擊力脈沖寬度的高頻干擾信號曲線

在大直徑樁低應(yīng)變法檢測時，還需注意以下幾個方面。

1）敲擊的位置?，F(xiàn)場進行敲擊時，樁頂附近每一質(zhì)點的運動速度并不一致，尤其是大直徑樁，這種三維效應(yīng)更為明顯。根據(jù)理論計算和大量實踐經(jīng)驗表明，在樁中心敲擊，將傳感器安裝在 2/3 半徑處時檢測效果最為理想。

2）信號疊加平均。對于大直徑樁還存在不同測點信號重復(fù)性差的問題，不同的敲擊部位和傳感器安裝在不同位置，都會產(chǎn)生不同測試結(jié)果?？梢圆捎枚啻涡盘柶骄?，在一定程度上可以消除部分干擾。

3 突變地層中的預(yù)制樁檢測

3.1 工程概況

某小學(xué)教學(xué)樓項目，共設(shè)計 PHC 樁 215 根，采用外徑 500 mm、壁厚 100 mm、長度 10 m 的 AB 型預(yù)應(yīng)力高強度混凝土管樁（PHC 500 AB 100-10）。設(shè)計樁長 20 m，采用兩節(jié)管樁焊接而成。根據(jù)巖土工程勘察報告，地層自上而下依次為粉質(zhì)黏土、黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、密實粉砂層，樁端持力層為粉砂層。

3.2 現(xiàn)場檢測

對 215 根 PHC 樁全部采用低應(yīng)變法進行樁身完整性檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)有 84 根工程樁在樁頂以下 6.3～7.4 m 左右有輕微缺陷，現(xiàn)場檢測典型反射波曲線如圖 6 所示。抽取其中 3 根工程樁進行單樁豎向抗壓靜載試驗，檢測結(jié)果均滿足設(shè)計要求，單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果如表 2 所示。

表2 單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果匯總表

圖6 97# 樁實測信號曲線

在靜載試驗結(jié)束之后，再次對 34 #、97 #、102 # 工程樁進行低應(yīng)變法檢測，檢測結(jié)果與靜載試驗之前基本沒有變化。

3.3 案例分析

同一工程有 39 % 的基樁出現(xiàn)與入射波同向的反射波，且位置基本相同，均在樁頂以下 6.3～7.4 m 左右。為查明原因，結(jié)合巖土工程勘察報告、設(shè)計圖紙、施工記錄、監(jiān)理日志等資料來進行綜合分析：根據(jù)施工記錄及設(shè)計圖紙說明，樁長為 20 m，采用兩節(jié)管樁焊接而成，排除了缺陷部位是管樁接頭引起的可能性；施工時采用靜壓沉樁工藝，未采用錘擊沉樁，因此可以排除錘擊拉應(yīng)力引起樁身開裂的可能性；根據(jù)施工記錄和監(jiān)理日志表明，施工過程中并未出現(xiàn)任何異常情況，且經(jīng)靜載試驗證明樁身豎向抗壓承載力滿足設(shè)計要求，也排除了靜壓沉樁時造成的樁身結(jié)構(gòu)破壞的可能性。考慮到本工程的重要性，為查明批量出現(xiàn)的同一位置處樁身缺陷問題，還采用了孔內(nèi)攝像技術(shù)對樁身進行直觀檢測，但未發(fā)現(xiàn)樁身缺陷。

巖土工程勘察報告顯示，在樁頂以下 6.9 m 附近，樁側(cè)土層為黏土與淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土分層位置，最終確定在樁頂以下 6.3～7.4 m 左右出現(xiàn)的與入射波同向的反射波并非樁身缺陷，乃是由土層突變（由硬變軟）引起的。在早期的一些研究中，有觀點認為樁的約束地基的軟硬對反應(yīng)波形的影響不大［6］。但之后大量的工程實踐證明樁周土層的模量大小直接影響應(yīng)力波在樁身的傳播過程。相同程度的缺陷，因樁周土性不同或缺陷埋深不同，在測試信號中其幅值大小各異［7］。

通過本案例可以得出，在樁基動測中檢測人員往往注意到樁本身的子波疊加而引起的缺陷判斷，從而忽略了應(yīng)力波在樁中的傳播時不僅受樁身材料、剛度及缺陷的影響，同時受樁周土層的模量大小的影響。樁周土層的土力學(xué)性能越好，應(yīng)力波在樁周土層中的損耗就越大。在硬土層處將會產(chǎn)生類似擴徑的反射波；在軟土層處將會產(chǎn)生類似縮徑的反射波［8］。如果不考慮樁周土層對所采集曲線的影響，不了解樁側(cè)的土質(zhì)情況，就可能造成誤判。

4 結(jié)論

低應(yīng)變動測計算方法存在單條曲線多未知數(shù)的先天不足，在定量化的過程中單獨依靠低應(yīng)變方法本身是不可能實現(xiàn)的，應(yīng)采用多種檢測和解釋方法［9］。最終的判定要綜合考慮多方面影響因素，才能排除誤判，給出準(zhǔn)確的檢測結(jié)論。通過以上兩個案例，總結(jié)出以下檢測經(jīng)驗。

1）大直徑樁低應(yīng)變法檢測，應(yīng)增大敲擊力脈沖寬度，減小高頻干擾信號的影響。

2）大直徑樁低應(yīng)變法檢測，在樁中心敲擊，將傳感器安裝在 2/3 半徑處時檢測效果最佳。

3）大直徑樁低應(yīng)變法檢測，可采用信號疊加平均的處理方式，消除部分干擾。

4）土層由硬變軟，會產(chǎn)生與入射波同向的反射波；土層由軟變硬，會產(chǎn)生與入射波反向的反射波。

5）低應(yīng)變法檢測中出現(xiàn)共性問題或不能明確樁身完整性類別時，要結(jié)合巖土工程勘察報告、設(shè)計圖紙、施工記錄、監(jiān)理日志等資料來進行綜合分析；同時根據(jù)實際情況采用靜載法、鉆芯法、高應(yīng)變法、開挖、孔內(nèi)攝像等方法進行驗證檢測。Q