论述桩基检测中低应变检测法技术分析

1、论述桩基检测中低应变检测法技术分析余杰( 江门市蓬江区建筑工程质量检测站. 529000 )摘要：本文阐述了低应变反射波检测法的工作原理，并针对桩基检测中低应变检测技术进行分析论述，仅供参考。关键词：桩基检测；低应变；检测技术1 低应变反射波检测法工作原理分析 反射波法以应力波在桩身中的传播特征为理论基础，当应力波在假定的一维均质杆件(桩)中传播时，取直杆的轴线作 轴，假定变形前的原始截面积A、介质密度P、弹性模量E及其他材料性能参数均与坐标无关，各运动参数仅为x和t的函数，则直杆各截面的纵向振动位移可表示为u(x,t)。其纵向振动微分方程为：式中C2=E/p，为纵波在杆件中的传播速度。应力波

2、在传播过程中，由于桩身截面的非杆性体特性，将会引起三维效应和横向惯性效应，给动测资料带来一定的不单一性，见图1。在桩顶激振后， 由于质点的振动引起应力波往下传播，当遇到阻抗(RA)界面时，将产生反射和透射。根据界面连续条件和牛顿第三定律，界面上两侧的质点速度V、应力ó均应相等，即Vl+VR=VTA1( ól+óR)=A2óT式中 Vl入射波质点速度；VR 反射波质点速度；VT 入射波质点速度：ól 入射波质点应力：óR 反射波质点应力：óT 入射波质点应力；A1 波阻抗界面上桩身的横截面面积；A2 波阻抗界面下桩身的横截面面

3、积。由波阵面动量守恒条件得：式中p1 波阻抗界面上桩身混凝土密度：p2 波阻抗界面下桩身混凝土密度；C1 波阻抗界面上侧的纵波波速；C2 波阻抗界面下侧的纵波波速；Z1 波阻抗界面上桩身的波阻抗，Z1=p1C1A1Z2 波阻抗界面下桩身的波阻抗，Z2=p2C2A2将式(2)和式(3)联立求解，可得：式中n 波阻抗比值，n=p1C1A1p2C2A2 F 反射系数， F=(1-n)/(1+n) T 透射系数， T=2(1+n)。公式(4)、公式(5)是反射波诊断的依据，桩身各种性状以及桩底不同的支承条件，均可归纳成以下三种波阻抗变化类型。 当桩底为支承桩，胶结良好，波阻抗近似不变时(Z1Z2)，则

4、n=1，F=O，T=1。由式(4)、式(5)可知，óR=VR=0，应力波为全透射，无反射信号，一般看不到桩底反射。但先决条件是激振的能量能充分影响到桩底。 当界面上应力波从高阻抗进入低阻抗时(Z1>Z2)，如磨擦桩的桩底、断裂、离析、缩颈等缺陷。Z1>Z2，则n>l，F<0，T>0，由公式(4)可知，óR与ó1异号，反射波为下行拉力波。根据应力符号的定义，上行的拉力波与下行压力波一致，由公式(5)可知，VR与V1符号一致。总之，在桩顶检测出的反射波速度、应力均与入射波信号极性一致。当桩底存在沉渣或桩身完全断裂情况下，Z1>>

5、;Z2，则n，F=-1，T=0。此时由式(4)、式(5)可得出óR=-ó1，VR=V1即桩底处于应力为零，速度加倍。 当界面上应力波从低阻抗进入高阻抗时(Z1<Z2)，如扩径桩或嵌入高阻抗的嵌岩桩，此时由于Z1<Z2，则n<l，F>0，由式(4)、式(5)可知，óR与ó1同号，反射应力与入射的压缩波相同，而VR与V1相反，反射波与入射波反相。2 曲线解析2.1 完整桩一般完整桩在时程曲线上的特征为：波形规则，波列清晰，桩底反射波明显，易于读取反射波到达时间，如图2所示。图2:该桩为桩径1000mm、桩长30.3m钻孔桩，设计混凝土

6、强度等级为C30，桩身完整，波速为3700ms，在8m以前曲线下降，为粉砂土较好地层反应。桩底反射与入射同相，桩底反射明显。2.2 缩颈(夹泥)桩 缩颈处截面积变小，波阻抗减小，应力波遇到缩颈会产生与入射波振动方向同相的反射，波形比较规则，波速一般正常。一般能看到桩底反射，若缩颈部位较浅，缩颈还会出现几次反射，但若缩颈程度严重，则难以看到桩底反射。 图3:该桩为直径426mm、桩长18m的沉管桩。钢筋笼长6m，设计承载力标；隹值320kN。经测试，桩身6.57m处存在缩径或局部离析，系因成桩时拔管太快所致，说明钢筋笼底部存在缺陷，但桩底基本可见，属II类桩。 图4：该桩为直径l500mm、桩长

7、44.5m、C25的钻孔桩。测试时发生在2m 处同向子波反射幅值高于初至波，并有后继的多次反射，检测人员误认为是传感器黏结引起的正常振荡， 判为I类桩。经证实在2.2m 左右桩身严重缺陷(夹泥)，应属于III类桩，后凿去桩头缺陷上部段，重新接桩。2.3 扩径桩扩径桩在曲线上反射波形较为规则，扩径处的反射波呈反相，或先反相后续同相，也可能有多次反射，一般情况能看到桩底反射。需要注意的是，如果桩周土较硬，波形曲线上也会出现类似于扩颈的反射波，如图5所示。图5：该桩直径1200mm、桩长18.3m、C25。在灌注桩成桩过程中，由于孔口偏位校正，使桩浅部扩大造成扩径。实际灌入混凝土33m (设计仅22

8、m )。充盈系数为1.5。从测试波形中可见25m严重扩径，并出现多次反射。取芯验证桩身完整，混凝土强度满足设计要求。2.4 离析桩由于离析部位的混凝土松散，对应力波能量吸收较大，形成的缺陷子波不规则，后续信号杂乱，而且频率较低，计算得到的波速偏小，一般不易见到桩底反射，如图6所示。图6：该桩直径1000mm、桩长45m，护简直径1200mm、护筒长2.0m，设计混凝土强度等级为C30，在测试中发现14.8m 处明显呈低频同相反射，属离析反映，无法见到桩底反射，经钻孔检测，发现均存在离析面。2.5 断裂桩 由于在断裂处波阻抗的突变，在时程曲线上的反应有以下三种情况：上部断裂往往呈高频多次同相反射

9、，反射波幅值较高，衰减较慢；中部断裂反映为多次同相反射，缺陷的反射波幅值较低；深部断裂波形反映下，类似摩擦桩桩底反射，但计算的波速明显高于正常桩的波速，如图7所示。图7:该桩直径700mm、长54.9m、C25。由于地下室开挖，造成部分桩断裂，桩头倾斜。经测试，曲线呈等距多次同相反射。开挖后发现在1.6m 处断裂。图8:该桩为直径377mm、桩长16m的沉管桩。设计混凝土强度等级为C20，钢筋笼长度4.5m，承载力450kN。经测试在1.4m处有强的同相多次反射，衰减慢，无桩底反射，判为2.8m处断。开挖检查发现2.85m 处断裂。属机械开挖时受损。2.6 脱焊虚焊等不良焊接桩预制桩和管桩的焊

10、接缺陷及成桩时受损造成的焊接问题，表现为有同相反射，严重时难以见到下部位较大的缺陷或桩底反射。如图9、图10所示。图9:该桩为PHC管桩，桩径600mm，壁厚10cm，桩长53m(10+10+10+11+12)，在5.09m 处有同相反射，判为1lm 处，说明第一节打裂，焊接点脱焊。图10:在9.72m 处有明显的同相反射，判为21m处，说明第一节完好，第二节由于打桩使焊接点打脱裂，造成同相反射，下部无信号。2.7 桩头疏松桩头疏松或强度偏低的桩，测试结果无法反映桩的完整性，曲线反应为入射波波峰较低、脉；中较缓，而且后续波形呈低频，此类现象均属桩头强度偏低，如图11所示。图11:该桩为直径800mm、桩长33m 的钻孔桩，C25，通长钢筋笼。初测时桩头疏松，曲线呈低频型，明显反映为弹性波呈慢速传播。经开凿桩头松散，凿去12m后，再进行复测，结果桩身完整，曲线正常，为I类桩。3 结束语 采用低应变动力检测技术进行桩基检测时，应在分析桩身应力波传播特征的基础上，结合地质条件、施工工艺等多种因素，判断其完整性和质量类别。同时还应特别注意以下几点： 重视工程桩现场检测的每个环节，如桩头处理、传感器安放、激发点位置、激