基于雙速度法檢測樁身完整性與樁長的研究分析

張信貴ZHANG Xin-gui；朱裕輝ZHU Yu-hui；顏添毅YAN Tian-yi

（廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，南寧 530004）

1 工程概況

本研究依托于廣西百色市某消防支隊訓(xùn)練基地排樁支護(hù)工程。該工程樁基類型為旋挖轉(zhuǎn)孔灌注樁，基礎(chǔ)形式為支護(hù)樁形式，總樁數(shù)為131 根。設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級為C30 和C35?，F(xiàn)場巖土層自上而下分別是素填土（暗黃色，以黏性土為主，結(jié)構(gòu)為松散狀態(tài)，欠固結(jié)，均勻性差），耕表土（灰黑色，濕，以黏性土為主，為松散狀態(tài)），黏土（暗黃色，切面較光滑，韌性較好，干強(qiáng)度高，無搖震反應(yīng)）和泥巖（深灰色，為場地下伏基巖地層，地質(zhì)年代為三迭系河口組第一段，巖石具強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖石堅硬程度屬極軟巖，巖芯以短柱狀為主，巖體完整程度屬較破碎，巖體基本質(zhì)量等級屬Ⅴ級）。

2 檢測原理與試驗

2.1 檢測原理

低應(yīng)變反射波法假設(shè)樁自身是一維、連續(xù)、均質(zhì)、線彈性的，不考慮樁周土與樁土耦合面的影響。通過對樁頂施加點荷載，產(chǎn)生沿樁身向下傳播的彈性波，當(dāng)樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁和嚴(yán)重離析、夾層等部位）或樁身截面積變化（如縮徑或擴(kuò)徑）部位時，將產(chǎn)生向樁頂傳播的反射波。采用低應(yīng)變儀將反射波自動記錄存儲得到反射波形，通過波形后處理進(jìn)行計算和分析，識別來自樁身不同部位的反射信息，判斷樁身完整性和樁身缺陷位置。而對于樁長、樁身平均波速未知的樁，可以采用低應(yīng)變雙速度法進(jìn)行測試。低應(yīng)變雙速度法仍是一種反射波法，所不同的是傳感器安裝位置在樁側(cè)，平行于樁身軸向在樁側(cè)同時安裝兩個傳感器，兩個傳感器A1 和A2 分別安裝在距離樁頂深度為Z1 和Z2 位置處（Z1＜Z2），用耦合劑如502 膠水耦合于樁側(cè)面。通過在傳感器A1 之上施加激振信號產(chǎn)生應(yīng)力波，該應(yīng)力波沿樁身傳播過程中，A1 和A2 分別接收到響應(yīng)信號；當(dāng)應(yīng)力波在傳播過程中，遇到不連續(xù)界面（如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷）和樁底面（即波阻抗發(fā)生變化）時，將產(chǎn)生反射波。通過A1 和A2 之間的距離差（Z2-Z1）以及應(yīng)力波下行產(chǎn)生的首波時間差，可以計算出樁身的平均波速；再檢測分析反射波的傳播時間、幅值、相位和波形特征得出樁長等信息。

2.2 試驗

對131 根樁進(jìn)行了低應(yīng)變單速度法與雙速度法試驗。試驗現(xiàn)場如圖1 所示。

圖1 雙速度法現(xiàn)場試驗

樁身的完整性判定依據(jù)《既有建筑地基基礎(chǔ)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 422－2018）和《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106－2014）進(jìn)行判定，判定準(zhǔn)則如表1 所示。

表1 樁身完整性的判定

3 試驗分析

3.1 樁身完整性分析

圖3 Ⅱ類別樁的單速度法檢測信號曲線圖

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的判定準(zhǔn)則，采用單速度法檢測樁的完整性的結(jié)果對每一類樁取一個檢測結(jié)果作為分析。3 種類別的樁身完整性檢測信號曲線如圖2-圖4 所示，I 類別樁以130#樁的信號曲線為例，II 類別樁以5#樁的信號曲線為例，Ⅲ類別樁以3#樁的信號曲線為例（表2）。對131 根樁的單速度法試驗結(jié)果如表3 所示。試驗結(jié)果表明，本工程由I 類樁35 根，II 類樁88 根，III 類樁8 根，無IV 類樁。131 根樁的傳播速度在3703m/s～3898m/s 之間。I 類樁以130#樁為例，首次出現(xiàn)反射波的時間為3.70ms，之后并沒有明顯的反射波，2L/c 時刻前無缺陷反射波，有樁底反射波，所以可以判定為I 類樁。II 類樁以5#樁為例，2L/c 時刻前出現(xiàn)輕微缺陷反射波，有樁底反射波，首次出現(xiàn)反射波的時間為6.34ms，同時，首次反射波之后還存在樁底反射波，所以可以判定為II 類樁。均滿足設(shè)計要求。

圖2 Ⅰ類別樁的單速度法檢測信號曲線圖

圖4 Ⅲ類別樁的單速度法檢測信號曲線圖

表2 3 個分析例子的樁信息

表3 樁身完整性評定

對于雙速度法檢測，同樣取130#，5#和3#樁的信號曲線進(jìn)行分析。信號曲線如圖5-圖7 所示。

圖5 Ⅰ類別樁的雙速度法檢測信號曲線圖（130# 樁）

圖7 Ⅲ類別樁的雙速度法檢測信號曲線圖（3# 樁）

結(jié)合兩個速度的試驗曲線結(jié)果可以得出，對于I 類樁，都出現(xiàn)了樁底反射波，同時，樁底反射波之前都沒有其他反射波的出現(xiàn)，根據(jù)2L/c 時刻前無缺陷反射波，有樁底反射波，可以判定為I 類樁。對于II 類樁而言，兩條曲線都出現(xiàn)了樁底反射波，同時在樁底反射波之前，兩個傳感器都出現(xiàn)了反射波，這表明，樁身出現(xiàn)輕微缺陷，所以，2L/c時刻前出現(xiàn)輕微缺陷反射波，有樁底反射波，判定為II類樁。

綜上所述，單速度法與雙速度法都可以作為樁身完整性的檢測試驗，二者區(qū)別不大，但雙速度法可以作為一種輔助手段，驗證單速度法的試驗結(jié)果，表明雙速度法可以更好地判斷樁身的缺陷問題。

3.2 樁身長度分析

根據(jù)《既有建筑地基基礎(chǔ)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 422－2018）和《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106－2014），通過軟件RSM 低應(yīng)變雙速度法分析軟件對雙速度法的檢測信號曲線圖進(jìn)行計算分析樁長，抽取3 個樁（3#，67#，115#）作為分析例子，同時對雙速度法檢測的樁身長度進(jìn)行誤差分析。對比結(jié)果如表4 所示。

表4 樁身長度試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，作為計算實例的樁基通過計算得出的樁身長度與樁身實際長度相差不大，誤差在10%以內(nèi)。對于131 根樁基的雙速度法計算的樁身長度誤差范圍是0.29%～9.96%，131 根樁的樁身長度誤差在10%以下，在合理誤差范圍之內(nèi)。試驗誤差來源于低應(yīng)變的基本假設(shè)。同時，對于旋挖灌注樁，樁的質(zhì)量不能很好地保證，容易出現(xiàn)斷裂、裂縫、縮徑、擴(kuò)徑、夾泥（雜物）、空洞、蜂窩或松散。

圖6 ⅠⅠ類別樁的雙速度法檢測信號曲線圖（5# 樁）

圖8 3# 樁雙速度法信號曲線圖

圖9 67# 樁雙速度法信號曲線圖

圖10 115# 樁雙速度法信號曲線圖

4 結(jié)語

結(jié)合實際工程，利用雙速度法對樁身完整性與裝設(shè)長度進(jìn)行了探究分析，得出以下結(jié)論：①單速度法與雙速度法都可以對樁身完整性進(jìn)行檢測分析。相比于單速度法，雙速度法的檢測方法更能準(zhǔn)確地判斷樁身缺陷的位置。②相比于單速度法，雙速度法可以對樁身長度進(jìn)行計算分析，且誤差在合理范圍內(nèi)。