谈籍一维波动理论判定各类桩型的桩身完整性

秦 入 国

(江苏 连云港 222100)



谈籍一维波动理论判定各类桩型的桩身完整性

秦 入 国

(江苏 连云港 222100)

根据一维波动理论，分析了钻孔灌注桩与预应力管桩的反射波曲线特征，对各种缺陷桩容易误判和判定不清的曲线进行了研究，为建筑工程中各类桩型的桩身完整性检测提供参考。

一维波动理论，钻孔灌注桩，预应力管桩，反射波曲线

1 概述

1)一维波动理论基础是一维线弹性杆件模型，应力波传播时满足一维杆平截面假设，但前提是瞬态激励脉冲有效高频分量的波长与杆的横向尺寸之比不宜小于10，否则不宜采用一维波动理论分析。工程中应用最广的是钻孔灌注桩和预制管桩，特别是在沿海地区都采用这两种桩型。基础的设计使用年限不应小于建筑结构的设计使用年限，基桩桩身完整性的检测刻不容缓且非常重要。

2)基桩的桩型和成桩工艺选择按安全适用、经济合理的原则，往往要根据建筑结构类型、荷载性质、使用功能、桩端持力层、施工环境、制桩材料供应条件，由于这种种的因素使得成桩后的基桩质量检测和判定分析要准确和客观，由于误判或者判定不出缺陷都会在实际施工中造成损失和留下隐患。

3)桩身完整性类别应结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性及成桩工艺、地基条件、施工情况综合分析判定。对于预制管桩发生质量问题，可以通过贯入度预知，但有时受到桩周土的作用而没有预知，笔者就遇到这种隐患桩通过检测发现问题并及时消除。而钻孔灌注桩受工艺、设备、地层和地下水的影响，会出现桩身截面多变且变化幅度较大。在反射波法检测中要考虑阻抗变化引起应力波多次反射；阻抗变化对应力波向下传播有衰减，截面变化幅度越大引起的衰减越严重。

2 各类型桩的反射波曲线特征

现针对工程中常用的桩型对各种缺陷桩及容易误判和判定不清的曲线进行客观的分析:

1)钻孔灌注桩与承台或垫层相连时，桩头处存在很大的截面阻抗变化，测试时应与混凝土承台断开，与垫层相连时除非对测试信号没有影响，否则应断开。为了保证响应信号的质量，传感器应与桩顶安装紧密不得留有缝隙。同时激振点与传感器安装点应远离钢筋笼主筋，产生干扰信号则将其主筋割短。

2)CFG桩采用高压灌注混凝土方式一次成型，无钢筋笼。边螺旋上提长螺旋机边灌注混凝土，直至灌注完毕，由于高压灌注力作用，混凝土密实、均匀、成桩质量好，容易在桩头部分出现质量问题。如某花园小区设计桩基为CFG桩，设计桩长为7.50 m。CFG桩100%检测，共计2 760根桩，完整桩2 432根，发生浅部缺陷桩为328根。

其缺陷如图1所示，在0.50 m～1.5 m左右处严重加黏土约占桩径的2/3。经分析基本是由施工造成，在施工中由于初始强压力把桩底沉渣随混凝土压上来，在接近成桩后压力控制不准压力降低，致使沉渣停留在了浅部桩身处。其他桩在0.45 m～0.5 m左右处出现水平断裂，基本是由机械开挖造成。

3)钻孔灌注桩在施工中采用何种施工工艺都会出现缩径与局部松散、夹泥、空洞等缺陷，采用反射波法对桩身缺陷程度不做定量判定，主要是由于桩侧土阻尼、土阻力和桩身阻尼的耦合影响，曲线拟合法达不到精确定量的程度，当截面形态(阻抗)渐变或突变，在阻抗突变处的一次或二次反射常表现为类似明显扩径、严重缺陷或断桩的相反情形，从而造成误判。桩头扩大是灌注桩施工中经常发生的，而桩头浅部缺陷又比较容易出现问题，所以客观的判定分析灌注桩的完整性尤为重要，下面就工程应用中比较典型的曲线进行探讨。

灌注桩经常遇到检测波形表现出扩径恢复后的“似缩径”反射，由于受横向尺寸效应的制约，激励脉冲的波长有时很难明显小于浅部阻抗变化的深度，在阻抗突变处的一次反射常表现为类似严重缺陷或断桩的相反情形，从而造成误判，如图2所示在桩身2.6 m处出现扩径，然后恢复到原桩径，突出表现出扩径恢复后的“似缩径”反射。以上波形的桩是对承载有利的扩径灌注桩，不应判定为缺陷桩。图3则为钻孔灌注桩典型的缺陷桩，在4.00 m范围内水平断裂。经开挖验证肉眼无法看到，截除后裂缝处有明显水渍。

4)预应力管桩可分为后张法和先张法预应力管桩。常见的质量问题是桩顶破碎、桩身断裂、接桩部位开裂等质量事故。波形特征一般是在2L/C时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波。图4是预应力管桩在施工中没发现桩身断裂，经反射波检测时发现3.30 m处出现断裂，开挖验证属于完全断裂。

3 结语

一维波动理论分析桩身应力波传播特征的基础上要根据设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况等综合分析，做出判定之前

要做到以下几点：

1)了解地层分布，特别是地层界面对应力波的影响以及地质环境，避免不必要的误判；2)要积累本地区的实践经验，了解工艺和施工情况，对灌注桩施工中的充盈系数，灌注时间，钢筋笼规格和拔管速度，以及预应力管桩接头焊接工艺、锤击数、最终压力值等均应仔细的分析，使所选用的分析方法切实可行，降低误判几率；3)对检测人员的要求不能仅满足在仪器的操作上，还应对所获波形在现场的合理、快速判断，来决定下一步激振点、检测点以及敲击方式(锤重、锤垫)的选择，避免因采集信号不真实产生的误判；4)人员水平低、测量系统动态范围窄、操作不当、人为信号再处理等影响信号的真实性都会影响结论的判断，只有根据原始信号曲线才能鉴别，所以客观的分析曲线对原始信号的采集尤为重要。

[1] DG J32—TJ142—2012，江苏省建筑地基基础检测规程[S].

[2] JGJ 106—2014，建筑基桩检测技术规范[S].

On evaluation of pile integraty of various piles with one-dimensional wave theory

Qin Ruguo

(Lianyungang222100,China)

According to the one-dimensional wave theory, the paper analyzes the reflection wave curve features of the bored piles and prestressed piles, and researches the curves which are misjudged and confused of some piles with defects, so as to provide some reference for the pile integrity of various piles in architectural projects.

one-dimensional wave theory, bored pile, prestressed pipe pile, reflection wave curve

1009-6825(2016)27-0060-02

2016-07-17

秦入国(1974- )，男，工程师，身份证号：320721197403160030

TU473

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