端承桩低应变反射波法桩底曲线特征分析

杨志琛

摘要：本文着重讨论反射波法检测端承桩桩底曲线特征，综合自己的检测经验，结合工程实例，着重的对端承桩桩底曲线进行分析，描述了各种情况下的，桩端反射波法时域波形曲线特征。

关键词：基桩检测、反射波法、端承桩

Abstract: in this article, the author discusses the reflection wave method to detect the bottom of the pile bearing the curve feature, comprehensive their testing experience, combined with engineering examples, the paper on the bottom of the pile bearing of the curves are analyzed, describes all kinds of cases, the pile reflection wave method to the time domain waveform characteristics curve.

Key words: the foundation pile testing, reflected wave method, the end of pile cap

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1 总述

反射波法是一种应用一维弹性波传播原理，检测桩身完整性，推定缺陷类型及其在桩身中位置的基桩低应变检测方法，该方法以其测点广、经济、快捷、无损等诸多优点，成为目前人们所公认的桩基质量检测的有效方法。

2 检测原理

反射波法理论基础是一维杆波动理论，一维杆应力波动方程为：

其物理意义就是应力波在桩身中的传播速度。

设杆件某段为一分析单位，其杆身介质密度、弹性波波速、截面面积分析用、C、A表示，则

Z=CA称之为广义波阻抗

由波阵面动量守恒条件：

可知：

式中：

反射系数

透射系数

广义波阻抗比值

F和T分别称为反射系数和透射系数，完全由两种介质的波阻抗Z的比值n决定，n主要取决于材料的质量密度、波速和截面积。由于这些参数的突变会引起波阻抗急剧变化，导致能量转化而产生波的反射。

因为Z和n总是正直，所以透射系數T也总为正值，即透射波和入射波相位总是相同的，反射系数F的正负与n的大小有关，故将端承载桩桩底反射波相位及波形特征列表如下：

反射波法桩基检测判别依据

3端承桩桩底曲线分析

3.1应力波在端承桩桩底嵌岩良好中的传播

当桩底嵌岩良好时可知：

，当桩底嵌岩良好时桩底反射的多次反射副值不变，但相位与 反射的次数有关。

3.2应力波在端载桩桩底沉渣过厚中的传播

当桩底沉渣过厚时，波阻抗减小，得到副值比入射波要小的同相反射波。

，当桩底沉渣过厚时，波阻抗减小，多次反射 波副值会逐渐减小，但相位不会变化

4 工程实例

4.1端承桩桩底嵌岩良好

4.1.1桩底反射不清晰

当桩底的岩石与桩身混凝土的波阻抗相差不大时（），即使桩长较短，桩底反射也难以辨别。

例如：某人工挖孔桩，设计为端承桩，设计桩长大于6米，实际桩长10.4米，桩径φ800mm，混凝土强度等级为C30，持力层为中风化白云岩，极限端阻力标准值Qpk为12000 kPa，该工程地层分布自上而下分别为：1、填土；①素填土；①1杂填土；2、黄土；3、粉质粘土；4、石灰岩；④1较破碎石灰岩；④2强风化泥灰岩；④3中风化泥灰岩；④4溶洞内粘土；④5全～强风化闪长岩；5、中风化白云岩，反射波法时域波形曲线如下图：

注意由端承桩桩底桩底嵌岩不明显着一特点，可以用来检测桩底是否存在沉渣。如果同一场地大多数桩底反射都不明显，而有少量桩底反射非常明显，则应怀疑桩底有沉渣，建议选少数几个桩底反射非常明显的，用钻芯法检测桩的质量。

4.1.2桩底反相反射

当端承桩桩端嵌岩良好且嵌岩部分与基岩构成一体时，相当于桩的面积变大，波阻抗增大。应力波传播到岩面，会出现与入射波反相的类似于扩径的反射，这一反射波并非桩底而是基岩面反射引起的。当桩嵌入的岩层较硬，如岩深度较大时，容易出现这种曲线。

例如：某人工挖孔桩，设计为端承桩，设计桩长大于6米，实际桩长21.64米，桩径φ800mm，混凝土强度等级为C30，持力层为石灰岩，极限端阻力标准值Qpk为8000 kPa，该工程地层分布自上而下分别为：1-1、杂填土；1-2、素填土；2、黄土状粉质粘土；3-1、粗粒混合土；3-2、粗粒混合土；3、粉质粘土；4、粗粒混合土；5-1、强风化泥灰岩；5-2、中风化泥灰岩；5、石灰岩，反射波法时域波形曲线如下图：

4.1.3桩底先反相后同相反射

当应力波在基岩面发生反相反射后，进入嵌入岩层中的桩身混凝土后，由于桩周围岩层的密度相对均匀，压缩波的波阻抗减小，导致入岩后的曲线从零线下方升至零线上，然后缓慢地降到零线附近。若桩底嵌入的岩层较软，入岩深度又较小，就有可能出现同相的桩底反射。

例如：某人工挖孔桩，设计为端承桩，设计桩长大于6米，实际桩长6.4米，桩径φ800mm，混凝土强度等级为C30，持力层为石灰岩，极限端阻力标准值Qpk为10000 kPa，该工程地层分布自上而下分别为：1、填土；①素填土；①1杂填土；2、黄土；3、粉质粘土；4、石灰岩，反射波法时域波形曲线如下图：

4.2端承桩桩底嵌岩差

4.2.1桩底沉渣过厚桩底曲线同相反射

在同一场地大多数桩反射波法时域波形曲线桩底是同相反射，且同相反射非常明显时，应减少抽取有代表性的桩进行桩钻芯法检测桩的质量，以便充分了解桩底沉渣情况。

例如：某钻孔灌注桩，设计为端承桩，实际桩长12.30米，桩径φ800mm，混凝土强度等级为C30，持力层为中风化辉长岩，该工程地层分布自上而下分别为：1．杂填土；2．黄土状粉质粘土；3．粉质粘土；4．强风化辉长岩；5．全风化辉长岩土；6．中风化辉长岩，反射波法时域波形曲线如下图：

该工程大多数桩大多数桩反射波法时域波形曲线桩底是同相反射，且同相反射非常明显时，建议建设单位对该桩进行桩钻芯法检测桩的质量，以便充分了解桩底沉渣情况。取芯照片如下： 通过反射波法时域波形曲线和钻芯法检测，我们可以明显的看到该桩的桩底松散，桩底沉渣过厚，缺陷十分明显。

4.2.2桩底未嵌岩桩底曲线同相反射

当端承桩桩底未嵌岩时反射波沿桩身传播过程中，当传过桩身混凝土进入缺陷截面时，波阻抗减小，反射波与入射波同相；继续传播，当传过缺陷层进入基岩面时，波阻抗增大，反射波与入射波反相。

例如：某钻孔灌注桩，设计为端承桩，实际桩长12.93米，桩径φ800mm，混凝土强度等级为C40，持力层为中等风化闪长岩，该工程地层分布自上而下分别为：1．杂填土；2．粉质黏土；3．粉质黏土；4．粉质黏土；5．闪长岩风化残积土；6． 全风化闪长岩；7． 强风化闪长岩；8．中等风化闪长岩，反射波法时域波形曲线如下图：

检测该桩桩底存在巨大缺陷，设计院要求对其进行高应变检测，以便检测该桩的承载力是否符合要求，我们又对其进行高应变检测，检测时发现该桩存在明显的下沉，检测后发现该桩的单桩竖向抗压承载力极限值仅为3800kN，而该桩的设计极限承载力为6000kN。

5 结论

（1）端承桩桩底难以辨别，导致桩身波速计算不准，缺陷位置判断有误，必须结合超声波检测或者钻芯检测，加以确定。

（2）注意当检测端承桩时，将桩底沉渣引起的同向反射误判为正常桩底反射，这会错误的把原本存在的重大缺陷的桩误判为正常桩，给工程带来巨大的工程隐患。遇到这种情况时，必须选取有代表性的桩，对其进行钻芯检测，以明确桩底沉渣情况。

（3）因嵌岩面出现强的负向发反射波，会严重影响桩底反射波和桩底沉渣的判断，对于端承桩的嵌岩效果只能作定性的判断，不能定量的判断沉渣厚度。

（4）由于激振条件、接收条件、桩身材料的不均匀性以及桩身存在多处缺陷等因素的影响，实际的波形更加复杂。分析判断时必须在基本理论基础上，综合场地地质条件、桩型、施工记录和波形等，反复对比求证。

参考文献：

陈凡，徐天平，朱光裕等. JGJ106-2003建筑基桩检测技术规范，北京：中国建筑工业出版社,2003

罗骐先.基桩工程检测手册.北京：人民交通出版社，2002.10

吴亚平，岳向红. 基桩动测实用技术指南.武汉：武汉中科智创岩土技术有限公司，2010

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。