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1、1低应变反射波检测桩身 缺陷性分析黄恒英 黄燕 陈文 摘要摘要 低应变反射波法桩身完整性的检测，依据弹性波理论，低应变反射波法桩身完整性的检测，依据弹性波理论，视桩体为一维弹性杆件而建立起来的原理，应用在工程桩测试，视桩体为一维弹性杆件而建立起来的原理，应用在工程桩测试，但在测试技术上，有很多值得探讨的问题及完善方面。本文主要但在测试技术上，有很多值得探讨的问题及完善方面。本文主要从理论与工程实例结合分析，浅谈基桩完整性检测效果。从理论与工程实例结合分析，浅谈基桩完整性检测效果。关键词关键词 低应变反射法低应变反射法 基桩质量检测基桩质量检测 工程实例验证与分析工程实例验证与分析 一、一、 前
2、言前言低应变反射波法检测桩身完整性已应用多年，国内外许多专家对基桩低应变反射波法检测桩身完整性已应用多年，国内外许多专家对基桩完整性检测技术做了大量研究，并取得较为成熟的技术经验。在实际工程完整性检测技术做了大量研究，并取得较为成熟的技术经验。在实际工程桩测试中，根据测得的反射曲线信号，利用反射波能量初至，相位和频率桩测试中，根据测得的反射曲线信号，利用反射波能量初至，相位和频率特征，来判别桩身质量。目前在检测中，会遇到测试效果不理想，导致难特征，来判别桩身质量。目前在检测中，会遇到测试效果不理想，导致难以识别桩底信号或桩身缺陷性质，容易对缺陷造成误判，漏判等现象。如以识别桩底信号或桩身缺陷性
3、质，容易对缺陷造成误判，漏判等现象。如能准确地判断桩身质量排除工程隐患，可以确保工程质量。本文主要是从能准确地判断桩身质量排除工程隐患，可以确保工程质量。本文主要是从理论结合工程实例，对基桩低应变完整性检测技术进行分析和判别。理论结合工程实例，对基桩低应变完整性检测技术进行分析和判别。二、 低应变反射波法基本机理低应变反射波法适用于检测混凝土的桩身完整性判定、桩身缺陷的程度及位置。假定桩为一根均匀各向同性的一维弹性件体，根据桩的轴向振动微分方程的建立和求解，设桩身混凝土的波速 C 及桩身缺陷的深度L可按下列公式计算：C=2L/T L=1/2Cmtx 2式中： L测点下桩长（m） ；T速度波第一
4、峰与桩底反射波峰间的时间差（ms）;tx速度波第一峰与缺陷反射波峰的时间差（ms） ；Cm桩身波速的平均值（m/s） ；根据波动理论，弹性波在桩身内轴向传播的基本规律由如下方程来表达：R=Fx UR=-Fux F=Z2-Z1/Z1-Z2 R,x 分别为反射波,入射波应力;UR, ux 分别为反射波,入射波的质点振动速度;F 为反射系数;Z1 和 Z2 为反射界面两侧介质的广义波阻抗(假设弹性波从 Z1介质进入 Z2介质)。从上述、式得出，可以看出反射波相位特征与桩身缺陷的关系（见表） ，以此可以判别桩身质量。波阻抗变化状 况 Z反射系 数 F反射波，与入射波振动速度 变化 URUX反射波初至、
5、入射 波初至桩身缺陷性质Z1=Z2F=0uR(ux)=0无反射波桩身完整Z1Z2F0异号反相应扩径、嵌岩,扩底三、三、 低应变反射波法对不同类型缺陷桩的判别特征低应变反射波法对不同类型缺陷桩的判别特征通过上节理论推理和收集有关资料，结合一些典型桩实测情况通过上节理论推理和收集有关资料，结合一些典型桩实测情况, ,对对各种缺陷桩的判别归纳如下几点各种缺陷桩的判别归纳如下几点: :31 1、 完整桩完整桩完整桩实测曲线波形反射很规则，波列清晰，桩底反射波较明完整桩实测曲线波形反射很规则，波列清晰，桩底反射波较明显，易于读取反射波列到达时间，桩身混凝土平均波速较高。显，易于读取反射波列到达时间，桩身
6、混凝土平均波速较高。2 2、缩颈桩缩颈桩缩颈桩的实测曲线、波形特征是在桩身缺陷处产生与激振脉缩颈桩的实测曲线、波形特征是在桩身缺陷处产生与激振脉冲相同位的第一时间到达冲相同位的第一时间到达 tt反射时间较为明显，但整桩波速不会反射时间较为明显，但整桩波速不会下降，与完整桩波较为一致。下降，与完整桩波较为一致。3 3、扩径桩扩径桩扩径桩由于在桩身有部分扩大的变截面，在实测曲线波形特扩径桩由于在桩身有部分扩大的变截面，在实测曲线波形特征在扩径处产生与激振脉冲反相位的第一时间到达征在扩径处产生与激振脉冲反相位的第一时间到达 tt的反射波，的反射波，整桩波速与完整桩较为一致。整桩波速与完整桩较为一致。
7、44、离析桩混凝土离析桩实测曲线波形特征是在缺陷处产生与激振脉冲同相位的反射波形，与完整桩波速相比则略有所下降，一般比完整桩的波速低 200300m/s,如果严重离析的情况下，反射波峰值更剧烈，波速可能显得更低。5、夹泥桩桩身夹泥主要是灌注时反扦抽管过高，或孔壁倒塌，造成桩身混凝土夹泥现象，实测曲线、波形特征是在缺陷处与离析桩一样，激振脉冲同相位的反射波形，与完整桩波速相比则有明显下降，一般比完整桩的波速低 400600m/s 左右。56、扩底桩、嵌岩石桩扩底桩与嵌岩桩的实测波形在曲线信号反射时，其反射波的方向是和激振脉冲方向相反，扩底桩和嵌岩桩的波形是一致的，但扩底桩的波形反映是从扩底位置开
8、始算起，直到桩底反射波形出现为止。而嵌岩桩的波形要看桩底嵌岩情况而定，如果嵌岩程度好，桩底的嵌石坚硬完整，其波速比混凝土的波速更为提高，那么嵌岩桩的桩底反射波形是激振脉冲方向是相反的，反之则同相。7 7、全断桩全断桩全断桩实测曲线、波形与其它缺陷桩的波形是不一样，因为全断桩实测曲线、波形与其它缺陷桩的波形是不一样，因为断桩所在位置，应力波无法往下传播，主要因在断裂处空气的波断桩所在位置，应力波无法往下传播，主要因在断裂处空气的波阻抗无穷大于混凝土波阻抗，而实测波形多次反射，反射时间间阻抗无穷大于混凝土波阻抗，而实测波形多次反射，反射时间间隔一致，并对反射信号就会自由震荡慢慢的衰减下去，故无法找
9、隔一致，并对反射信号就会自由震荡慢慢的衰减下去，故无法找6出桩底反射。出桩底反射。以上是几种典型缺陷与完整桩的判断方法，必须要结合了解以上是几种典型缺陷与完整桩的判断方法，必须要结合了解桩基成桩工艺，地质状况，桩的类型及形状等。为了判断位置及桩基成桩工艺，地质状况，桩的类型及形状等。为了判断位置及性质更为准确、可靠，须更进一步加强多方面对比试验分析。性质更为准确、可靠，须更进一步加强多方面对比试验分析。四、四、 模拟与工程实例验证分析模拟与工程实例验证分析1 1、用低应变反射波法检测模拟桩用低应变反射波法检测模拟桩某大院内设有几根不同缺陷的模拟桩，桩的施工工艺为干作某大院内设有几根不同缺陷的模
10、拟桩，桩的施工工艺为干作业钻孔灌注桩，桩长为业钻孔灌注桩，桩长为 10.00m10.00m 左右，桩径为左右，桩径为 420mm420mm，桩身强度为，桩身强度为18Mpa18Mpa 素混凝土。地质勘察状况，有耕作土、粘土、亚粘土、轻素混凝土。地质勘察状况，有耕作土、粘土、亚粘土、轻亚粘土、中粗砂、园砾层等。对几根模拟桩设置各种不同缺陷性亚粘土、中粗砂、园砾层等。对几根模拟桩设置各种不同缺陷性质与反射波检测分析如下：质与反射波检测分析如下：1 1# # 桩缺陷设置为缩颈桩，当桩浇注离地面桩缺陷设置为缩颈桩，当桩浇注离地面 2.0m2.0m 处，用塑料处，用塑料泡沫环填入桩身，环的高度泡沫环填入
11、桩身，环的高度 50mm50mm，使桩身砼直径减少，使桩身砼直径减少 1/31/3 面积，面积，另距桩底另距桩底 1.98m1.98m 处填入处填入 20mm20mm 厚泥土相隔。该桩经过静载试验后，厚泥土相隔。该桩经过静载试验后，再采用反射波法检。从测试波形曲线分析，入射波后第一同相反再采用反射波法检。从测试波形曲线分析，入射波后第一同相反射波在射波在 2.1m2.1m 处与设埋位置为一致，第二反射即处与设埋位置为一致，第二反射即 8.3m8.3m 处处, ,为底部为底部反射，从实测结果分析和设埋缺陷形态与位置基本吻合、准确。反射，从实测结果分析和设埋缺陷形态与位置基本吻合、准确。72 2#
12、 #桩设置为全断裂桩，在桩身浇注至离地面桩设置为全断裂桩，在桩身浇注至离地面 3.06m3.06m 处放上一处放上一块块 380mm380mm 的油毛毡隔封，然后填入的油毛毡隔封，然后填入 60mm60mm 厚的粘土，再放上厚的粘土，再放上380mm380mm 的油毛毡覆盖上面，最后续浇注砼到地面。该桩实测的油毛毡覆盖上面，最后续浇注砼到地面。该桩实测曲线波形，是多次反射，无法找到桩底位置，并且反射时间间曲线波形，是多次反射，无法找到桩底位置，并且反射时间间隔相等，按混凝土抗压强度值隔相等，按混凝土抗压强度值 18.0Mpa18.0Mpa 的波速反算的波速反算, ,桩在约桩在约2.94m2.9
13、4m 处全断处全断, ,与埋设位置基本相同。与埋设位置基本相同。2 2、低应变检测与钻芯法对比分析。低应变检测与钻芯法对比分析。东兴某广场住宅楼，地层地貌为粘土，细砂土、强风化砂质东兴某广场住宅楼，地层地貌为粘土，细砂土、强风化砂质岩及中风化砂质岩，地下水较为丰富。该工程基础设计为人工挖岩及中风化砂质岩，地下水较为丰富。该工程基础设计为人工挖孔桩。由于人工挖孔桩施工时，流砂流水较为严重，施工难度较孔桩。由于人工挖孔桩施工时，流砂流水较为严重，施工难度较大。现场部分桩基施工完毕后采用低应变反射波法检测和钻芯取大。现场部分桩基施工完毕后采用低应变反射波法检测和钻芯取样对比检测。样对比检测。（1 1
14、）完整性）完整性工程桩工程桩 2020# #桩长为桩长为 6.30m,6.30m,实测曲线的反射波波形规则、波列实测曲线的反射波波形规则、波列8清晰桩底反射波明显可辨，桩底反射波初至与入射波初至同相位，清晰桩底反射波明显可辨，桩底反射波初至与入射波初至同相位，桩底反射时间为桩底反射时间为 3.39ms,3.39ms,纵波波速为纵波波速为 3716m/s3716m/s。现场钻心法检查，桩身砼芯呈柱状，连续完整，表面光滑，现场钻心法检查，桩身砼芯呈柱状，连续完整，表面光滑，断口吻合，胶结好、骨料分布均匀，桩底无沉渣现象，底部与持断口吻合，胶结好、骨料分布均匀，桩底无沉渣现象，底部与持力层界面清晰，
15、对砼抽检抗压强度在力层界面清晰，对砼抽检抗压强度在 34.934.948.948.9 之间之间, ,属于完整属于完整桩。钻芯检测结果与反射波检测结果一致。桩。钻芯检测结果与反射波检测结果一致。（2）离析桩离析桩工程桩工程桩 2727# #，桩长，桩长 6.70m,6.70m,实测曲线与完整桩不相同实测曲线与完整桩不相同, ,入射波入射波与反射波同相位与反射波同相位, ,并在缺陷处波形非常明显反射并在缺陷处波形非常明显反射, ,反射时间为反射时间为1.41ms,1.41ms,按桩底反射到达时间为按桩底反射到达时间为 4.53ms,4.53ms,计算出该桩实测缺陷在计算出该桩实测缺陷在2.1m2.
16、1m 处。而该桩实测波速为与本工程完整桩平均波速处。而该桩实测波速为与本工程完整桩平均波速 3700m/s3700m/s 相相9比，已降底了比，已降底了 700m/s700m/s 左右，故认为该桩身存在严重离析。左右，故认为该桩身存在严重离析。现场钻芯取样，上部现场钻芯取样，上部 0 02.30m2.30m 段砼芯样连续完整段砼芯样连续完整, ,呈柱状及呈柱状及短柱状短柱状, ,表面光滑表面光滑, ,断口吻合断口吻合, ,骨料分布较为均匀。中部骨料分布较为均匀。中部 2.402.405.80m5.80m 段砼芯样较为松散，胶结较差或无胶结现象，取中部较为段砼芯样较为松散，胶结较差或无胶结现象，取中部较为完整呈柱状体芯样，进行砼试块试压，其最大砼抗压强度为完整呈柱状体芯样，进行砼试块试压，其最大砼抗压强度为1
