淺談基樁低應(yīng)變檢測(cè)的工作原理及局限性

陳濟(jì)敬

福建九鼎工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司

淺談基樁低應(yīng)變檢測(cè)的工作原理及局限性

陳濟(jì)敬

福建九鼎工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司

低應(yīng)變法是目前工程樁完整性檢測(cè)中最為常見(jiàn)和應(yīng)用廣泛的檢測(cè)方式，本文介紹低應(yīng)變檢測(cè)的規(guī)定與原理，分析因樁身或周土波阻抗差異而引起的反射波相位符號(hào)的相應(yīng)變化的影響，并結(jié)合工程樁在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中遇到的一些情況，分析低應(yīng)變檢測(cè)法的局限性。

低應(yīng)變;一維波動(dòng)理論;阻抗;反射波；局限性

1 樁基檢測(cè)的一般規(guī)定

樁身完整性檢測(cè)的數(shù)量的要求，根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）3.3.3規(guī)定：1、建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，或地質(zhì)條件復(fù)雜、成樁質(zhì)量可靠性較低的灌注樁工程，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的30%，且不得少于20根；其他樁基工程，檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的20%，且不得少于10根；2、每個(gè)柱下承臺(tái)檢測(cè)樁數(shù)不應(yīng)少于1根?！督ㄖ又ёo(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120－2012）4.4.10規(guī)定：砼灌注樁10%，不少于5根；《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T13-146-2012）12.1.2規(guī)定：復(fù)合地基豎向增強(qiáng)體10%，不少于10根，柱下承臺(tái)不少于1根。

根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2014）3.2.5規(guī)定：基樁檢測(cè)開(kāi)始時(shí)間應(yīng)符合規(guī)定：當(dāng)采用低應(yīng)變法或聲波透射法檢測(cè)時(shí)，受檢樁混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，且不應(yīng)該低于15MP。

灌注樁低應(yīng)變檢測(cè)前，首先應(yīng)保證檢測(cè)樁面為圖紙上的樁頂設(shè)計(jì)面標(biāo)高，樁面保證干凈、無(wú)積水、平整、混凝土密實(shí)，其樁頭表面的松散、空洞部分應(yīng)該鑿開(kāi)，然后可采用砂輪機(jī)磨平并盡量使檢測(cè)面光滑。保證樁面與樁中心軸線(xiàn)基本垂直；預(yù)應(yīng)力管樁低應(yīng)變檢測(cè)前，如果樁頭法蘭盤(pán)與樁身混凝土之間結(jié)合緊密，不必處理，否則應(yīng)將樁頭鋸平、清潔干凈。

為保證低應(yīng)變檢測(cè)的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)需提供有樁號(hào)的樁位平面圖，當(dāng)樁基出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題避免因樁號(hào)的不準(zhǔn)確性而影響樁基工程的加固效果；需提供準(zhǔn)確的樁長(zhǎng)施工記錄、樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、工程巖土地質(zhì)報(bào)告與施工技術(shù)資料，從而對(duì)樁身完整性和缺陷程度才能更加全面的分析。

2 低應(yīng)變檢測(cè)法的工作原理及局限性

反射波法檢測(cè)樁身質(zhì)量時(shí)，設(shè)定的波速同混凝土關(guān)系是隨著強(qiáng)度等級(jí)越高其波速也越大。同一混凝土強(qiáng)度等級(jí)，波速也會(huì)有一定范圍的波動(dòng)，波速與混凝土強(qiáng)度等級(jí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系一般可按：C20（波速3200m/s）、C25（波速3600m/s）、C30～C35(波速3800m/s)、C40 及以上(波速 3800m/s以上)、C80PHC 管樁(波速4200m/s)，習(xí)慣上波速可以由本地區(qū)或類(lèi)似的成樁施工工藝的實(shí)測(cè)值，也可結(jié)合同批次已確認(rèn)的樁長(zhǎng)反推波速的方法來(lái)綜合確認(rèn)。

一維波動(dòng)傳播理論是混凝土樁非破損檢測(cè)的理論依據(jù)與基礎(chǔ)，其理想模型為截面、材質(zhì)連續(xù)均勻的彈性桿。低應(yīng)變法是通過(guò)在樁頂產(chǎn)生一低能量的激蕩，從而根據(jù)一維波動(dòng)理論對(duì)產(chǎn)生的速度曲線(xiàn)進(jìn)行時(shí)程分析或速度導(dǎo)納曲線(xiàn)進(jìn)行頻域分析，對(duì)樁身完整性進(jìn)行分析、判定的檢測(cè)方法，從樁頂部沿著樁身產(chǎn)生向下傳播的彈性波，當(dāng)彈性波遇到有差異的波阻抗時(shí)(Z=ρCA，其中波阻抗Z、密度ρ、波速c、截面積A)，將產(chǎn)生反射波。再對(duì)反射波的信息數(shù)據(jù)處理或放大，通過(guò)來(lái)自樁身不同部位的反射信息來(lái)推斷樁身的裂縫、斷樁、嚴(yán)重離析、縮徑或擴(kuò)徑等部位。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)樁時(shí)域曲線(xiàn)分析時(shí)：當(dāng)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)某一位置顯示入射波與反射波的相位相同，該位置截面波阻抗為減小，通常表現(xiàn)為縮頸、離析、裂縫、甚至斷裂；當(dāng)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)某一位置顯示入射波與反射波的相位相反，該位置截面波阻抗為增加，通常表現(xiàn)為擴(kuò)徑。但樁身具體為何種類(lèi)型的缺陷，只通過(guò)其相位特征來(lái)判定有一定的局限性，還需結(jié)合工程實(shí)際情況。

工程樁按完整性的判定可分為四類(lèi)：Ⅰ類(lèi)樁、Ⅱ類(lèi)樁、Ⅲ類(lèi)樁、Ⅳ類(lèi)樁，由于低應(yīng)變檢測(cè)獲取信息不能對(duì)缺陷作定量判斷，故檢測(cè)人員在測(cè)試過(guò)程中需結(jié)合施工條件、工藝水平、工程設(shè)計(jì)圖紙、地質(zhì)情況與周?chē)沫h(huán)境等因素，判斷樁身完整性、分析樁身缺陷對(duì)工程樁的影響。如灌注樁在成樁過(guò)程中是否有地下水或流砂對(duì)其樁身迎水面的影響作用，地下室的土方開(kāi)挖順序不當(dāng)加上持續(xù)的大雨天氣導(dǎo)致軟土對(duì)樁身的側(cè)壓力、預(yù)制樁接樁處的焊縫飽滿(mǎn)度不足等。

《規(guī)程》規(guī)定樁的長(zhǎng)細(xì)比及瞬態(tài)激勵(lì)脈沖有效高頻分量的波長(zhǎng)與樁的橫向直徑或邊長(zhǎng)之比均宜大于5，對(duì)類(lèi)似于H型鋼樁的異型樁與薄壁鋼管樁，并不適用于低應(yīng)變法。低應(yīng)變法只判定樁身位置的缺陷嚴(yán)重程度，而對(duì)于缺陷類(lèi)型（如離析、縮頸、夾泥、斷裂等）一般不做判定，遇到較深部位的缺陷及樁身縱向裂縫也不能給出其方位，有時(shí)測(cè)不到樁底反射信號(hào)，無(wú)法判定整根樁的完整性。應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，依據(jù)能否識(shí)別樁底反射信號(hào)，確定該方法是否適用。

3 低應(yīng)變檢測(cè)案例分析

當(dāng)樁身完整時(shí)，僅存在唯一的反射界面,即樁底反射面，在條件較好的情況下，可以得到明顯的樁底反射波（其理論曲線(xiàn)如圖1、圖2所示）。

圖1 完整樁的時(shí)域曲線(xiàn)

圖2 完整樁的頻域曲線(xiàn)

根據(jù)反射波相位與樁身阻抗的關(guān)系式子VR=(Z1-Z2)*V1/（Z1+Z2），作為時(shí)域判斷的依據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)縮頸、離析、斷樁、嵌固不良情況下時(shí)，也就是說(shuō)Z1＞Z2（阻抗減?。r(shí)，VR（反射波）與VI（入射波）同號(hào)（同相位），反之，擴(kuò)徑、嵌固良好等就是反相位。對(duì)于嵌巖型的灌注樁：也可利用樁底反射波的速度符號(hào)是否與入射波的符號(hào)的一致來(lái)定性的判斷樁底打入持力層的堅(jiān)硬程度與深度。當(dāng)樁身阻抗大于樁底持力層土層的阻抗時(shí)，反射波與入射波符號(hào)同向（如圖3所示）；反之，若樁底巖土波阻抗大于樁身波阻抗時(shí)，樁底的反射波與入射波符號(hào)反向（如圖4所示）。

圖3 反射波與入射波符號(hào)同向

圖4 反射波與入射波符號(hào)反向

（1）工程樁中較接近一維波動(dòng)理論的情況是，當(dāng)樁身全部坐落在同一土層或波阻抗基本相似的不同土層時(shí)，則可直接根據(jù)檢測(cè)曲線(xiàn)異常來(lái)判定基樁的缺陷；(2)當(dāng)樁身周土的波阻抗差異較大，相鄰?fù)翆咏缑嫣幍牟ㄗ杩咕涂赡芨蓴_到基樁本身采集的信號(hào)，這種情況下的異常曲線(xiàn)就有多種可能的解釋?zhuān)纯赡苁怯捎诨鶚侗旧淼娜毕菟拢部赡苁怯捎诨鶚吨車(chē)耐翆幼兓?。所以?duì)波形曲線(xiàn)的異常分析要借助工程地勘資料，了解樁周的土層分布，結(jié)合相似場(chǎng)地、樁型的檢測(cè)曲線(xiàn)來(lái)綜合分析比較；(3)對(duì)于摩擦型基樁，當(dāng)樁周及樁底為普通填土層、黏土層、沙層等，由于樁身為混凝土其波阻抗要大于樁周及樁底的波阻抗，波阻抗差異明顯，樁底的反射型號(hào)也較為明顯；(4)對(duì)于嵌巖型基樁，當(dāng)樁底持力層為與混凝土波阻抗差異較小或接近的巖層（如在砂巖、石灰?guī)r、變質(zhì)巖等)時(shí)，當(dāng)樁底嵌固良好時(shí)，樁底反射不明顯，而當(dāng)樁底持力層為與混凝土波阻抗差異較大巖層(如較硬的花崗巖、玄武巖等)時(shí)，樁底反射較明顯。

通過(guò)基樁的某一截面的入射波和反射波的相位來(lái)推斷其阻抗的變化，從而判斷其截面是否存在缺陷，而對(duì)于存在嚴(yán)重缺陷的樁，通過(guò)實(shí)測(cè)時(shí)域波形曲線(xiàn)能發(fā)現(xiàn)某一部位有強(qiáng)烈的反射波，并且之后伴有幾次反射，此時(shí)樁底反射信號(hào)較難識(shí)別。當(dāng)樁身材料不均勻或某截面形狀沿深度變化明顯的樁，當(dāng)有缺陷時(shí)，時(shí)域波形和頻域波形曲線(xiàn)就比較復(fù)雜。

低應(yīng)變對(duì)工程樁進(jìn)行質(zhì)量類(lèi)型的判定有一定的局限性，所以要結(jié)合基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)綜合考慮對(duì)樁身強(qiáng)度，樁的承載力及抗壓沉降的要求，分析由于樁身缺陷影響結(jié)構(gòu)安全的可能，不宜單憑采集的測(cè)試信號(hào)來(lái)定論，有條件時(shí)甚至要及時(shí)與委托單位聯(lián)系使用多種檢測(cè)方法進(jìn)行綜合判斷。

4 結(jié)語(yǔ)

低應(yīng)變反射波法是目前國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的一種基樁無(wú)損檢測(cè)方法，由于其檢測(cè)便捷、效率高已廣泛采用，在低應(yīng)變檢測(cè)中，我們需嚴(yán)格按低應(yīng)變檢測(cè)要求，結(jié)合地質(zhì)條件、成樁工藝、設(shè)計(jì)樁型綜合對(duì)樁身完整性分析、判定，不放過(guò)任何樁身缺陷。最后還需協(xié)助施工單位一起找出造成缺陷的原因，督促其改進(jìn)施工技術(shù)工藝，防止同類(lèi)型缺陷反復(fù)發(fā)生，以確保樁基工程的施工質(zhì)量。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ106-2014建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2014

[2]秋月.低應(yīng)變反射波檢測(cè)方法簡(jiǎn)介[J].河北交通,2014

[3]張宏，劉衍林.復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)反射波法基樁檢測(cè)的干擾因素探析[J],橋梁建設(shè),2001

[4]梁曦.低應(yīng)變法培訓(xùn)講義[R].福建省建筑科學(xué)研究院,2016