某高速公路互通立交桥桩基低应变反射波法检测实例分析

许焕新

某高速公路互通立交桥桩基低应变反射波法检测实例分析

许焕新

（福建省交通规划设计院，福州350004）

摘要结合某高速公路工程桩基检测情况，简要介绍了低应变反射波法的检测原理，阐述了低应变法在基桩现场检测过程中各环节对检测数据的影响，提出了切实检测技术分析，准确判定桩身完整性。

关键词低应变反射波实例分析

1　低应变反射波法检测原理

1.1检测理论依据

桩基完整性的低应变反射波法检测技术是以一维波动理论为基础的。由一维波动理论可知，桩的波阻抗Z是其桩基横截面积A、材料密度ρ和弹性模量E的函数，见公式（1）：

1.3桩基完整性判定标准

式中，c为桩中应力波传播速度。当桩身存在明显波阻抗差异的界面或桩身截面积变化部位时，将产生反射波，不同性质、不同程度的缺陷会导致不同相位与大小的反射波，此外桩周土阻尼的影响也会导致波形异常。

1.2现场检测流程

检测前对桩头进行必要的处理，首先挖至桩顶设计标高，凿去浮浆，平整桩头。在桩顶安装加速度传感器，并将加速度传感器连线至采集仪。采集开始前，对检测仪器设备进行全面检查，确认仪器设备的性能状态良好。现场测试方法如图1所示，利用手锤（或力棒）在桩顶施加一瞬态脉冲激励F（t），激发一压缩应力波沿桩身向下传播，当下行的应力波在传播过程中遇到桩身内存在的明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩、离析、夹泥等部位）或桩身截面积变化（如缩径，扩径）部位，将产生反射波。由安装在桩顶的加速度传感器接收来自桩身不同部位的反射信号，通过对信号进行放大、滤波等处理，得到合适的速度时程曲线。根据对波形曲线特征进行分析，计算平均波速，并结合工程地质及施工记录，综合判断桩身的完整性类别。

图1　低应变反射波法检测系统

在《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014和《公路工程基桩动测技术规程》 （JTG/TF81-01-2004） （以下简称《规范》）中，桩身完整性定义为：反映桩身截面尺寸相对变化、桩身材料密实性和连续性的综合定性指标；桩身缺陷定义为：使桩身完整性恶化，在一定程度上引起桩身结构强度和耐久性降低的桩身断裂、裂缝、缩颈、夹泥（杂物）、空洞、蜂窝、松散等现象的统称。注意，桩身完整性不是严格的定量指标，对不同的桩身完整性检测方法，具体的判定特征各异，但为了便于采用，应有一个统—的分类标准。所以，桩身完整性类别是按缺陷对桩身结构承载力的影响程度，统一划分为四类的：

Ⅰ类—桩身完整。

Ⅱ类—桩身有轻微缺陷.不会影响桩身结构承载力的正常发挥。

Ⅲ类—桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响。一般应采用其他方法验证其可用性，或根据具体情况进行设计复核或补强处理。

Ⅳ类—桩身存在严重缺陷，—般应进行补强处理。

2　基桩低应变反射波法检测常见缺陷成因分析

基桩中常见的缺陷有∶蜂窝、离析、缩径、扩径、夹泥（层）、断裂等。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，反射波曲线中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　工程检测实例

3.1工程概况

某高速公路互通立交桥共有A、B、D、E四座匝道桥。其中B匝道桥中心桩号BK0+316.510，起点桩号为 BK0+175.510，终点桩号为 BK0+457.510，桥长282m。桥型布置为9×30m预应力混凝土连续T梁（预制），标准桥面宽度为9m，其横向布置为0.5m（防撞栏杆）+8m（行车道）+0.5m（防撞栏杆）。5号墩处设一道D160型伸缩缝，两桥台处各设置一道D80型伸缩缝，台后均设8m搭板。桥墩采用柱式墩配桩基础，桥台采用板凳台配桩基础、U形桥台配扩大基础。

整个匝道桥中，每个桥台有4根钻孔灌注桩，每个桥墩有2根钻孔灌注桩，全匝道共20根钻孔灌注桩基础。钻孔灌注桩桩径1600mm，设计砼强度等级C25，设计桩长均为，设计基桩类型为端承桩，持力层为微风化凝灰熔岩。根据地质资料，该工程主要地层组成情况：回填土（局部见粘性土、全风化）、强风化、微风化凝灰熔岩。选取其中8号墩同一承台的两个桩基进行检测分析。

3.2检测波形曲线及分析

选取的8号墩B8-1和B8-2钻孔灌注桩，桩长均为10.1m长，桩径Φ1600mm，设计砼强度C25，设计基桩类型为端承桩，持力层为微风化凝灰熔岩。地质资料显示，该基础地层组成情况为回填土（局部见粘性土、全风化）、强风化、微风化凝灰熔岩。

下面两组波形分别为B8-1和B8-2桩检测波形曲线。图2为B8-1桩低应变反射波实测曲线图，图3为B8-2桩低应变反射波实测曲线图。

图2　B8-1桩低应变反射波实测曲线图

图3　B8-2桩低应变反射波实测曲线图

对上述该两根桩的低应变实测曲线进行分析，B8-2桩的低应变曲线显示桩底有强烈的反向反射信号，说明桩底与持力层基岩接触良好，波形曲线顺滑，桩基完整性好。而B8-1桩的低应变曲线显示桩底有强烈的同向反射，怀疑桩底质量较差或与持力层基岩接触不好，经与各方商议，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，桩身完整性较好。经多位专家深入分析，认为桩底同向反射波产生原因在于桩底持力层虽为微风化凝灰熔岩，但岩层裂隙较发育，泥浆充填裂隙，导致桩底砼与基岩接触面之间会形成离析类缺陷，界面上产生同相反射波。说明低应变法在判断桩底接触情况时不易把握，有可能造成误判。该实例说明在进行低应变反射波检测过程中，应结合工程具体情况具体分析，考虑问题要周到细致，避免出现误判和漏判，确保检测工作的准确性。

4　结束语

低应变反射法具有检测快捷方便、效率高、能够实时做出判断等特点，可检测的范围大，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、沉渣等情况。但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。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。

参考文献

［1］JGJ106-2014，建筑基桩检测技术规范［S］.

［2］JTG/TF81-01-2004，公路工程基桩动测技术规程［S］.

［3］丁恒轩.低应变反射波法基桩质量检测理论与应用［D］.南京理工大学，2012.

［4］张济贡.低应变反射波法在基桩完整性检测中的应用［J］.中外建筑，2010.

［5］钟亮根.低应变反射波法在桩基施工质量检测中的应用［J］.铁道标准设计，2012.

［6］邢心魁.反射波法桩基动测技术研究［D］.西安建筑科技大学，2005.

［7］张传海.低应变法在基桩完整性检测中的几个问题［J］.西部探矿工程，2013.