前言

　　混凝土鉆孔灌注樁是工程中常用的基樁形式之一,它適用于各種復(fù)雜的地質(zhì)條件,具有質(zhì)量?jī)?yōu)、承載能力強(qiáng)、造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn),但鉆孔灌注樁從鉆孔開始到完成混凝土的灌注要經(jīng)過(guò)多道施工工序,受地質(zhì)條件、施工管理、機(jī)械設(shè)備、技術(shù)水平、原材料及配合比等因素的影響很大,在施工過(guò)程中稍有不慎極易發(fā)生斷樁事故或出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷。據(jù)統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)外鉆孔灌柱樁的事故率高達(dá)5%～10%。因此,鉆孔灌注樁的完整性檢測(cè)就顯得格外重要。

　　在工程檢測(cè)中, 對(duì)基樁缺陷的誤判、漏判, 往往給工程安全造成隱患或致使建筑物產(chǎn)生不均勻沉降等工程質(zhì)量事故。如何最大限度地減少誤判和漏判? 以下將從測(cè)試原理角度并結(jié)合工程實(shí)例作一些分析探討。

　　一、低應(yīng)變反射波法的原理

　　低應(yīng)變反射波法基樁完整性檢測(cè)是一種使用比較廣泛的基樁完整性檢測(cè)方法, 是將彈性固體內(nèi)應(yīng)力在一維空間的傳播作為理論基礎(chǔ)。即樁長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樁徑時(shí)(有資料認(rèn)為長(zhǎng)徑比大于一個(gè)數(shù)量級(jí)以上)，可將樁作為一維彈性桿件。利用手錘(或力棒) 在樁頂施加一小沖擊力F( t) , 激發(fā)應(yīng)力波沿樁身傳播, 應(yīng)力波在傳播過(guò)程中如遇到樁截面縮徑, 擴(kuò)徑, 砼離析, 斷樁等缺陷或樁底時(shí), 波阻抗將發(fā)生變化, 從而使得應(yīng)力波在該截面發(fā)生反射, 利用安裝在樁頂?shù)膫鞲衅?加速度計(jì)或速度計(jì)) 接收由初始信號(hào)和樁身缺陷或樁底產(chǎn)生的反射信號(hào)組合的時(shí)程曲線, 利用信號(hào)采集分析儀對(duì)所記錄的帶有樁身質(zhì)量信息的波形進(jìn)行處理和分析, 并結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料和施工記錄對(duì)樁的完整性作出判斷。樁頂接收到的時(shí)域信號(hào)還包括樁側(cè)土阻力的增加(增大)或減小(表現(xiàn)為波阻抗減小)而引起的疊加信息, 因此可以根據(jù)時(shí)域曲線異常反射信號(hào)的位置來(lái)判斷樁缺陷的深度及對(duì)樁實(shí)際長(zhǎng)度加以核對(duì), 根據(jù)反射信號(hào)的相位變化或頻率分析來(lái)判斷樁缺陷的性質(zhì), 根據(jù)反射信號(hào)的幅值，用時(shí)域擬合曲線方法來(lái)確定樁缺陷的程度。

　　數(shù)學(xué)理論公式如下:

　　(1) 應(yīng)力波在混凝土中的傳播速度為：

　　C = (E/P)1/2

　　(2) 定義樁阻抗為：

　　Z = EA/C = A × (EP)1/2 = ACP

　　C——縱波在樁身混凝土中的傳播速度，m/s;

　　E——混凝土的彈性模量，N/m2;

　　P——混凝土的密度,kg/m3。

　　Z——廣義波阻抗，Ns/m;

　　A——樁身的截面積，m2。

　　從此公式可以看出, 阻抗Z與樁身截面積及混凝土的強(qiáng)度有關(guān)。

　　(3) 當(dāng)應(yīng)力波V 從阻抗Z1 介質(zhì)進(jìn)入阻抗Z2 介質(zhì), 會(huì)產(chǎn)生反射波Vf和透射波Vt;

　　Vf = V×(Z 1 - Z 2)/(Z 1 + Z 2)

　　樁基的檢測(cè)波形還與樁側(cè)土阻力有關(guān),通常認(rèn)為突變較大的反射信號(hào)以樁身阻抗變化為主, 而漸變范圍較大的反射信號(hào)受土阻力影響大。完整樁的時(shí)域波形呈規(guī)律遞減，波形曲線形態(tài)平滑，波速較高，有1次或幾次明顯的樁底反射信號(hào)，樁底反射波信號(hào)與入射波同相。對(duì)于離析樁，一般反射波形不規(guī)則，反射不明顯，且波幅會(huì)出現(xiàn)陡降。縮頸樁，時(shí)域波形中常見到縮頸反射與樁底反射信號(hào)，縮頸處會(huì)出現(xiàn)幾次反射信號(hào)。擴(kuò)頸樁處反射波相位與入射波相位相反，波頻不變。斷樁及嚴(yán)重缺陷樁，缺陷的上界面處可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的正向波，下界面不產(chǎn)生負(fù)向波。夾泥樁通常反射波相位與入射波相位相同，但一般反射波波幅會(huì)發(fā)生畸變現(xiàn)象。

　　二、工程實(shí)例分析

　　按《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003),根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可將樁的質(zhì)量分為四類,即:

　　Ⅰ類樁:動(dòng)測(cè)波形規(guī)則衰減,樁底反身清晰。樁身完好,達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。波速正常,混凝土強(qiáng)度高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)。

　　Ⅱ類樁:動(dòng)測(cè)波形有小畸變,樁底反射清晰。樁身有小缺陷,如擴(kuò)頸、輕度縮頸、局部輕度離析等,對(duì)單樁承載力沒(méi)影響。

　　Ⅲ類樁:動(dòng)測(cè)波形出現(xiàn)較明顯的不規(guī)則反射,對(duì)應(yīng)樁身缺陷如:裂紋、離析、縮頸1/ 3 樁截面以上,波速偏低,混凝土達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí),對(duì)單樁承載力有一定影響。

　　Ⅳ類樁:動(dòng)測(cè)波形嚴(yán)重畸變,對(duì)應(yīng)樁身缺陷如:裂縫、嚴(yán)重離析、夾泥、嚴(yán)重縮頸、斷裂、樁長(zhǎng)嚴(yán)重不足或與持力層沒(méi)有充分接觸等。Ⅳ類樁不能被工程使用。

　　某工程設(shè)計(jì)采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，地層從上到下順序?yàn)殡s填土層、黃色粉質(zhì)粘土層、灰色粉質(zhì)粘土層、細(xì)砂層、中砂層及卵石層，設(shè)計(jì)樁端持力層為卵石層，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)7.5m左右，混凝土強(qiáng)度C25，樁徑400mm。檢測(cè)前地表土層已挖除2.0m，實(shí)際樁長(zhǎng)5.5m左右。下面結(jié)合工程實(shí)際情況做進(jìn)一步分析：

　　1#樁測(cè)試波形如圖2所示，樁間曲線平直，樁底反射清晰，檢測(cè)時(shí)混凝土齡期20天以上，波速為3460m/s，屬于正常范圍內(nèi)，因?yàn)榕卸棰耦悩丁Ｓ捎谠摌堕L(zhǎng)徑比不大，所以樁底反射比較清晰。對(duì)于長(zhǎng)徑比過(guò)大樁，應(yīng)力波在傳播過(guò)程中有一定的損耗外樁端還與持力層充分接觸有關(guān)(如持力層波速與混凝土波速相相近)，有可能會(huì)形成樁底反射不清晰或看不見樁底，這種情況下不能按Ⅱ～Ⅳ類樁判定，這在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)引起注意。

　　2#樁測(cè)試波形如圖5所示。該樁樁間曲線平直，樁底反射特別清晰。檢測(cè)時(shí)混凝土齡期20天以上，從檢測(cè)波形上能看到3次樁底反射，通過(guò)計(jì)算，波速明顯偏高，初步認(rèn)定為斷樁或樁長(zhǎng)明顯偏短。后經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)承載力明顯偏低。通過(guò)了解得知，在成孔后停滯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成孔底沉渣過(guò)多造成樁長(zhǎng)偏短。

　　三、低應(yīng)變反射波法測(cè)樁技術(shù)的缺點(diǎn)：

　　(1) 樁基質(zhì)量判定上存在不穩(wěn)定性。由于輸入的樁長(zhǎng)往往和施工的實(shí)際樁長(zhǎng)存在一定的出入,而導(dǎo)致實(shí)際的波速和算出的波速存在一定的差別。

　　(2) 在時(shí)間域中,速度曲線的沖擊脈沖寬度范圍是測(cè)試分析結(jié)果的盲區(qū),難以發(fā)現(xiàn)樁頭淺部的缺陷。

　　(3) 上層大的缺陷會(huì)掩蓋下層缺陷。這是由于應(yīng)力波在上層較大缺陷阻抗界面反射時(shí),會(huì)產(chǎn)生多次反射,應(yīng)力波向下傳播能量急劇減小,下層缺陷阻抗界面反射波信號(hào)難以接收到,所以很難探測(cè)到下部的其他缺陷。

　　(4) 樁身存在多處缺陷時(shí),波形判讀較為困難,缺陷類型及程度難以判定。這是由于同一缺陷波阻抗界面的多次反射和不同缺陷波阻抗界面的多層反射相互疊加造成的。

　　四、結(jié)論

　　(1) 低應(yīng)變反射波法進(jìn)行橋梁鉆孔灌注樁的檢測(cè),能夠快速對(duì)樁的質(zhì)量進(jìn)行定性描述,判定樁身的完整性,確定缺陷存在的位置。該方法不受場(chǎng)地條件限制,檢測(cè)儀器體積小、重量輕、攜帶方便,檢測(cè)費(fèi)用低廉,檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度高,非常適用于當(dāng)前工程項(xiàng)目多、檢測(cè)頻率高的實(shí)際,對(duì)于確保工程建設(shè)質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求具有重要的意義。

　　(2) 該方法在樁的質(zhì)量判定上存在一定的局限性,對(duì)波形的分析和判讀要求檢測(cè)人員具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于有缺陷的樁,需多方面綜合分析,必要時(shí)核查樁位的工程地質(zhì)鉆探結(jié)果以及本樁鉆孔和灌注的施工原始記錄,如果有條件,可采用鉆芯取樣法對(duì)缺陷部位進(jìn)行驗(yàn)證性檢測(cè),確定缺陷類型和程度,然后采用合理的修補(bǔ)技術(shù)和補(bǔ)強(qiáng)處理措施,以保證樁基礎(chǔ)的質(zhì)量。

　　參考文獻(xiàn)

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　　4　ISBN7-114-04459-3，樁基工程檢測(cè)手冊(cè)

　　5　ISBN 7-112-00902-2，樁的動(dòng)測(cè)新技術(shù)