低应变反射波法在嵌岩桩检测中的应用与探讨

高智千

(昆明铁路局滇西铁路建设指挥部, 云南大理 671000)

嵌岩桩目前在工程中得到广泛应用，而复杂多变的地质条件和施工工艺的影响造成嵌岩桩桩身截面尺寸不规则、质量差异较大。在检测的过程中，曲线较为杂乱，给桩身的完整性判别、桩身缺陷的程度及位置范围的判定造成诸多困难。

1 基本原理

低应变反射波法是建立在一维杆波动理论的基本原理上，将桩等价为一细长的杆，当均质弹性体桩受到一纵向锤击力时，由平衡关系及虎克定律得到桩的纵向运动方程：

式中c为沿桩身传播的纵波波速。当波沿桩身传播遇到阻抗发生变化时，会产生反射与透射。

2 应用现状及分析

(1)检测曲线无明显桩底反射信号甚至无桩底反射信号(图1)。

图1 检测曲线

某铁路桥墩墩台桩基础设计桩长15.5m，桩径1.00m，混凝土强度等级为C40，旋挖钻成孔。地质情况如下：0～1.4m泥质砂岩，全风化；1.4～5.9m泥质砂岩，强风化；5.9～16.78m泥质砂岩，弱风化。检测曲线如图1，该曲线无桩底反射信号，依据相关规范，结合地质资料以及施工情况，确定该桩桩身完整。

(2)土石分界处对曲线特征的影响：在桩身由土层进入岩层的分界处，由于地层特性的显著变化，影响曲线特征。

某桥墩墩台桩基础设计桩数8根，桩长18.0m，桩径1.0m，采用C35水下混凝土，旋挖钻成孔，基坑深4.6m。地质情况如下：0～3.887m粉质黏土；3.887～7.187m粗砂，中密；7.187～8.587m全风化含砾砂岩、泥质砂岩；8.587～9.487m强风化含砾砂岩、泥质砂岩；9.487～21.50m弱风化含砾砂岩、泥质砂岩。检测曲线如图2，在桩身3.5m左右均有较强的同向反射，且在桩身浅部无扩径现象。结合实际情况，采取凿除3.5m以上部分后再次检测，检测曲线如图3，凿除以后曲线规则。在3.5m左右处为桩身入岩位置，综合以上检测情况，结合地质资料、施工情况，确定该同向反射为地层变化引起，该桩桩身完整。

图2 第一次检测曲线

图3 凿除后检测曲线

(3)施工工艺对曲线特征的影响：穿过覆盖层的桩身段，一般使用护筒，在混凝土灌注完成后的一定时间内，护筒需拔出，由于拔出护筒的最佳时间难以准确掌握，施工方经常过早拔出护筒，并由此造成塌孔从而造成桩身截面极不规则 (见图4)，检测曲线如图5。

图4 开挖照片

图5 测试曲线

(4)验证：对于桩身浅部完整性无法判别的，如扩孔引起的极不规则的桩身截面，在桩身浅部引起强烈的同向反射且桩身的深部曲线杂乱，采取开挖验证(图4、图7)。对于桩身深部有强烈的同向反射且桩身完整性无法判别的，通过钻芯取样验证(图9、图10)。

桥墩墩台桩基础设计桩长17.0m，桩径1.0m，混凝土强度等级为C35，采用旋挖钻方式成孔。地质情况为：0～3.98m粉质黏土，3.98～9.46m卵石土，9.46～18.69m泥质粉砂岩，检测曲线见图6。

图6 检测曲线

从图6中可以看出，该墩3号桩检测曲线与其它桩曲线差异较大，在桩顶以下3.5m左右处同向反射明显，且桩头无扩径现象。综上，采取现场开挖至4.0m验证(图7)。

图7 3号桩开挖现场

从图1～图7中可以看到，该桩桩身截面属于渐变型，从桩顶往下桩身截面逐渐扩大，最大直径约为1.5m，而设计桩径为1.0m，从最大直径处又逐渐回归正常桩径。该桩截面尺寸的不规则导致曲线不规则，具体体现为有较强的同向反射。

某桥墩墩台桩基础设计桩长16.0m，桩径1.25m，混凝土强度等级为C35，成孔方式为冲击钻成孔，地质情况如下：0～1.425m回填土，1.425～2.869m粉质黏土，2.869～3.94m砾砂，3.94～20.01m，凝灰质砂岩。检测曲线如图8。

从图8中可以看出，该桩四个不同点位采集的曲线均在13.0m有强烈的同向反射。结合地质情况和基坑深度，桩身13.0m已经进入凝灰质砂岩地层，且钻孔、灌注过程顺利，无异常情况发生，鉴于以上情况，对该桩采取钻探取芯验证，取芯现场芯样照片如图9、图10。

图8 检测曲线

图9 7-1号孔芯样

图10 7-2号孔芯样

根据钻探取芯情况，桩端支承于弱风化凝灰质砂岩，桩身局部有轻微缺陷，达到II类桩要求。

3 影响桩身完整性的因素

结合工程实践，影响嵌岩桩桩身完整性的因素有：

(1)地质条件及岩层变化：如岩溶地区，由于溶洞的存在，在灌注的过程中普遍存在混凝土超灌方量较大，造成桩身截面不规则。地层显著变化，如土石分界处引起曲线异常。

(2)施工工艺及施工质量的影响：如成孔方式的选择，拔护筒过程中坍塌、扩径引起的桩身截面不规则，混凝土的质量。

(3) 其它外部因素的影响：如桩头处理较差，在基坑开挖过程中造成的桩身浅部开裂甚至断裂。

4 结束语

对于桩身截面规则的嵌岩桩，采用低应变反射波法检测快捷、经济，能够快速准确判断桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置范围。但是对于桩身截面多变、渐变或者突变，地质条件复杂的嵌岩桩，采用低应变反射波法面临一定的局限性，需要结合地质和设计等有关资料，采用开挖方法或者钻芯法加以验证。