低应变法检测人工挖孔桩时波形分析研究

2020-07-14林宁

建材发展导向 2020年13期

林宁

（广西壮族自治区建筑工程质量检测中心，广西南宁 530005）

在桩身结构完整性的分析和判定中，我们往往采取低应变检测法。在检测过程中，为了保证检测结果的准确性，要提升测桩人员的专业素质，保证他们可以正确的分析工程地质报告，具有一定的桩静力特性和岩土工程方面的知识，对各种桩型的施工工艺了如指掌，可以精准的判断可能发生的各种质量问题。多年以来，在桩身的完整性检测工作中，应用得比较广泛的检测方式是低应变反射波法，且该方法是目前反应最快的方法。现阶段，在桩身完整性的检测工作中，几乎所有检测规范都将低应变检测法作为第一选择。在下面的篇幅里，本文从低应变法的基本原理出发，并通过工程实例和曲线解析作进一步分析研究。

1 低应变法桩基检测的基本原理

反射波法是建立在波动理论基础上，蒋桩假设为一维弹性连续杆，在桩顶部进行竖向激振产生弹性波，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积变化（如缩径或扩径）部位，波阻抗将发生变化，产生反射波，经接受放大、滤波和数据处理，可以识别来自桩身不同部位的反射信息。利用波在桩体内传播时纵波波速、桩长与反射时间之间的对应关系，通过对反射信息的分析计算，判断桩身混凝土的完整性及根据平均波速校核桩的实际长度，判定桩身缺陷程度及位置。

2 低应变法桩基检测的基本原理

3 低应变法在基桩检测中的优势

一般而言，在基桩的完整性检测过程中，首选的手段是低应变法，这是当前推广和普及的检测方法，由于其具有准确、经济、快捷和方便等优点，因此受到人们的推崇和认可。低应变将一维杆作为理论模型，通过对桩身截面阻抗的变化情况进行检测，以此来对桩周约束情况的变化、桩身的完整性、桩身截面积的变化以及桩的长径比的变化情况进行检测，这些变化情况往往都体现在低应变的实测波形上面。在人工挖孔桩中，由于其具备独特的施工工艺，其除桩底扩大头外截面基本无变化，桩周约束弱，桩底嵌岩良好，与低应变法的理论模型极为吻合，一般情况下，低应变法检测人工挖孔桩的准确率极高，但在某种情况下，人工挖孔桩的特性也可能导致低应变法检测结果失真。下文举例说明。

4 实践案例分析

某项目工程基础采用人工挖孔桩，设计桩身混凝土强度C25，设计桩端持力层为中风化砂岩，桩身直径800mm，桩底扩径1200mm，在进行低应变法检测时，发现部分工程桩低应变实测信号异常，以23＃工程桩为例（根据本工程Ⅰ类桩确定的平均波速为3532m／s）：

23＃工程桩（桩长7.8m）实测波形（图一）：

图1 实测波形分析图

实测波形分析：

实测波速c＝2000L／△T＝2000×7.8／4.4≈3545（m／s）

桩身缺陷位置x＝△tx·c／2000＝3.60×3545／2000≈6.40（m）

低应变实测波形分析结果：32＃工程桩实测波速与平均波速吻合；23＃工程桩在2L／C时刻前出现明显缺陷反射波，有桩底反射，桩身完整性判定为Ⅲ类桩。

根据规范要求，采用钻芯法对23＃工程桩进行验证，在距桩中心15cm位置开孔钻进，钻孔进入岩层。

23＃工程桩钻芯法检测芯样照片：

图2 工程桩钻芯法检测芯样照片

钻芯法结果显示：桩身混凝土实测强度满足设计要求，桩身完整，桩底岩石符合设计要求，桩底嵌岩良好，桩长跟施工方提供的数据吻合，桩身完整性判定为Ⅰ类桩。

23＃桩的钻芯法结果显示桩身并没有可见缺陷，而低应变实测波形显示其在桩顶下6.40m有明显缺陷，经收集质勘察报告、桩基设计图纸、施工记录等资料进行详细分析，提出了一种导致低应变法检测结果失真的可能。

桩基施工记录显示，该人工挖孔桩护壁厚度20cm，护壁材料为C25的自拌混凝土，23＃桩的护壁深度为6.50m，6.50m这个深度与23＃桩实测波形分析中得出的缺陷深度十分接近，我们有理由相信，导致23＃桩实测波形出现类似缺陷的波形反射，桩孔护壁起着主要作用。

为印证这个想法，我们参考地质勘察报告、桩基设计图纸、施工记录，还原桩身、护壁、岩土层之间相互接触的情况，如下图所示：

23＃工程桩桩身、护壁、岩土层相互接触示情况意图：

图3 工程桩桩身、护壁、岩土层相互接触示情况意图

低应变的理论模型中，桩周不受约束，在桩身完整、桩周自由的情况下，该桩理论低应变曲线应如下图所示：

扩底桩理论曲线：

图4 扩底桩理论曲线

而在工程实际中，桩周均会受到不同程度的约束。在本例的23＃工程桩中：桩身截面不变段，桩身阻抗受护壁和岩土层共同影响；在扩大头开始的位置，桩身阻抗不受护壁影响，由于挖孔桩的施工工艺，岩层对桩身阻抗的影响也相对较小；在桩周约束的突变和桩身截面改变的共同作用下，低应变检测反映的桩身阻抗发生变化，在实测曲线上表现出来。