低应变反射波法在桩基检测中的应用研究

　　摘要：桩基由于具有承载力高，沉降量小而均匀，抗震等优点，成为一种常用的深基础形式。但其属于地下或水下隐蔽工程，施工质量较难控制，桩基检测是判定桩基质量的重要手段和依据。目前，检测方法主要有：超声波和低应变检测法，高应变检测法，钻芯法和静载试验法，自平衡法。本文主要针对低应变检测展开研究。阐述反射波的缺陷反映特征，并通过工程实例指出低应变检测的特点，从而为现场的检测工作有所指导。
　　关键词：反射波法，缺陷诊断，曲线特征
　　1低应变桩基检测概述
　　低应变反射波法以一维波动理论为理论基础，视桩周土对桩的支承作用于为桩底一作用力，通过频域分析和时域分析来判定桩体的缺陷类型。通常反射波法是根据缺陷反射波的相位，将桩身缺陷分为缩径类缺陷和扩径类缺陷，而不做具体缺陷性质或名称的判断。我们只要对缺陷反射波的曲线特征进行深入分析，并对各种可能形成缺陷的地质、施工环节与成桩后的养护环境及外力作用进行研究，就有可能做出具体缺陷种类的判断，这样有利于对缺陷的验证与处理。
　　2反射波检测的缺陷成因及缺陷特征
　　基桩中常见的缺陷有:蜂窝、离析、缩径、扩径、夹泥(层)、断裂。现对各种缺陷产生的原因和条件以及反射波的曲线特征分别加以分析。
　　1）蜂窝状缺陷：一般是由于配料不当，或是井壁掉下的泥、砂及残留在桩体中的浮渣和浮浆等造成。由于这些小孔洞是分散在胶结较好的混凝土中，激振波的一部分成为反射波返回桩顶；一部分被散射；一部分直接透射或绕射到达桩底，再反射回到桩顶。所以，有振幅较小的同相缺陷反射波与振幅更弱的同相(持力层为土层或强风化层)或反相(持力层为中风化岩)的桩底反射波。桩身平均纵波速度稍低于完整桩。
　　2）离析类缺陷：混凝土搅拌不均匀，运输路径太长，混凝土受水冲泡等，使粗骨料集中在一起，造成桩身混凝土离析。在离析类缺陷的顶界面上产生同相反射波，在其下界面上产生相对较弱的反相反射波，当其出现在深部时为单一衰减型正弦波。在浅部时多为合成波。
　　3）缩径类缺陷：当桩孔穿过遇水膨胀的土层时，桩孔四周该土层遇水后向桩孔中凸起，使该处的桩径缩小。此外，当桩身穿过含承压水的地层时，由于地水的不断冲刷，使混凝土的砂浆流失，产生缩径。在缩径类缺陷的顶界面上产生同相反射波，在底界面上产生相对较弱的反相反射波，振幅的大小与缩径的大小有关。此类缺陷与离析蜂窝类缺陷的根本差别是：激振波可以通过桩身中部到达桩底产生反射波回到桩顶，桩身平均纵波速度正常。
　　4）扩径类缺陷：在容易崩落土层中能产生扩径；基桩复打时能在遇水膨胀及松软土层处产生扩径；在岩石中爆破成孔也常常产生扩径。扩径部分上界面产生反相反射波，下界面上产生相对较小的同相反射波。
　　5）断裂类缺陷：致使桩身断裂的原因较多。主要有跳打不合理造成的邻桩挤压断裂或土体隆起将桩拔断；灌桩过程中较长时间停工，继续施工形成浮浆将桩隔断。混凝土浇灌时拔管过快容易造成断桩；挖土机开沟将桩拉断等外力作用下造成断桩。桩身断裂，裂口充水或充气，反射系数很大，反射波很明显，振幅大。若断裂面平整、断裂面到桩顶的距离不太大，能在检测曲线上出现3次以上反射。
　　3桩基检测应用实例
　　实例1：下面一组是实际工程中的检测波形。
　　（1）图3-1所示桩判定为完整桩，桩长12.5m，桩径为1.3m，砼标号C20，波速砼为3400m/s，波形光滑，无缺陷反射波，桩底反射信号明显，是一典型完整桩波形。
　　（2）图3-2所示判定局部缺陷桩，桩长6.2m，桩径为1.1m，砼标号C25，参考波速为3800m/s，根据低应变检测的曲线的特征进行分析，得出结果是3.2m处严重离析，开挖后发现地下有一泉眼，桩在2.4~3.2m段严重离析走浆，靠近泉眼处桩身侧面局部严重缺损。
　　
　　图3-1完整桩波形图3-2局部缺陷桩波形
　　（3）图3-3所示桩判定为夹泥桩，桩长6.6m，桩径为1.1m，砼标号C25，参考波速为3800m/s，根据曲线特征进行分析，得出结果是4m处严重夹泥，开挖后在桩3.8m~4.2m处有近1/3面积夹泥，无混凝土，证实了测量结果是正确的。
　　（4）图3-4所示为断桩，桩长9.5m，砼标号C20，参考波速为3500m/s，该曲线振幅大，反射明显，根据曲线特征进行分析，判定结果是6.5m处断桩，开挖后得到验证。
　　
　　
　　图3-3夹泥桩波形图3-4断桩波形
　　实例2:某厂房工程采用钻孔灌注桩基础。其中某桩，桩长9.5m，桩径Φ1400mm，设计砼强度等级C25，持力层为中风化砂岩。
　　图3-5为该桩的低应变实测曲线，低应变曲线显示桩底有强烈的同向反射，怀疑桩底质量较差，为此进行了钻芯法验证。钻芯结果显示，该桩底部与持力层基岩接触较好，桩底沉渣厚度符合规范要求。经分析，认为反射波系由桩底砼与基岩之间很薄的一层泥皮引起。说明低应变法在判断桩底接触情况时不易把握，但如果桩底为明确的反向反射信号，则可以肯定桩底接触很好。
　　图3-5低应变反射曲线图
　　实例3、某铁路桥桩，桩长40.5m，桩径1.0m，C30混凝土，摩擦桩，做低应检测（如图3-6），经低应变曲线分析，桩头往下约4.8m处有严重缺陷。用声测法检测对比。桩头往下12面在4.5m-5.3m处声时声幅异常，23面在4.7m-5.5m处声时声幅异常，以低应变分析结果相符，后经调查，该桩在灌桩时最后一车混凝土间隔时间太长，分析造成混凝土离析。
　　图3-6低应变反射曲线图
　　该实例说明通过低应变反射波，结合工程实例可以对混凝土的离析类缺陷做很好的判定。
　　5结论
　　通过缺陷分析及检测实例可以看出：
　　1）低应变法对桩基浅部缺陷较敏感，但受地质条件影响较大，所以低应变反射波法适用于地质条件简单、桩长小于50m或桩径小于115cm以下的桩基完整性检测，也可用于大面积桩基质量普查。
　　2）反射法具有检测快捷方便、效率高、能够实时做出判断。可用来检查桩身完整性，并可检查缩径、扩径、夹泥、断桩、空洞、离析、沉渣。
　　4）低应变反射波法受到的干扰因素较多如：桩身截面突变、激振方式选用、桩头的处理情况等都会对判别结果造成影响。
　　5）在应用该法检测时对于大直径桩、长径比很小的桩，应注意其尺寸效应，不能完全用一维理论来解释，可采用增加检测点、与其它检测方法相互校核的方式进行。
　　
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