低应变法在桩基完整性检测探讨

　　摘要：低应变法在桩身完整性检测中优点明显，应用广泛。本文主要分析了低应变法原理，并结合工程实例，对短桩的检测判定过程进行了详细阐述，实践证明，低应变法检测判别短桩可行可靠，具有一定借鉴作用。
　　关键词：低应变；反射波法；桩身；检测判别；完整性；实例分析
　　低应变反射波法是对桩身结构完整性进行评价的一种方法，具有操作简单、快速及经济等多方面优点，是目前桩身完整性检测最简便、快速的常用普查手段。
　　1低应变法原理
　　低应变反射波法是以一维弹性杆平面应力波波动理论为基础的。利用该方法检测桩身时，在桩顶施加一瞬时动力冲击后，就有弹性波以速度C沿桩身向下传播，并满足一维波动方程。当弹性波在传播过程中遇到弹性介质的突然变化界面时，例如：桩身断裂、夹泥、缩径、扩径、离析、桩底等，都将产生弹性波反射，并有如下规律：
　　
　　式中，V为质点速度，下标I、R分别表示入射波、反射波的有关参量，Z1、Z2分别为反射界面上下部广义波阻抗(Z1=ρ1C1A1，Z2=ρ2C2A2，A1、A2分别为界面上下桩身截面积)。
　　(1)当桩身无缺陷时，Z2=Z1，VR=0，桩身内部不存在反射波，只存在桩底反射波；
　　(2)当桩身存在缺陷时，Z2<Z1，VR与VI同号，即实测时域曲线上，反射波与入射波同相；反之，当桩身存在扩径等原因而使波阻抗增大时，即Z2>Z1，VR与VI反号，即实测时域曲线上，反射波与入射波反相。
　　由低应变反射波法原理可见，当应力波传播到桩底时，由于存在波阻抗界面必然会发生反射，反射波幅度与其所在深度、激振条件、桩土波阻抗差异水平等因素有关。
　　2工程实例分析
　　2.1工程概况
　　某住宅小区共有16栋住宅楼均采用CFG桩进行加固处理，CFG桩施工由A(1～4、13～16号楼)、B(5～12号楼)两家施工单位分别完成，均采用长螺旋成孔管内泵压混凝土的施工工艺。为简便起见，两家施工单位各选一栋楼进行分析，两楼设计参数见表1。
　　表1CFG桩设计参数表
　　
　　2.2低应变法检测结果分析
　　本工程CFG桩复合地基检测选定的方案是“单桩复合地基静载试验+低应变反射波法”的组合方式来对复合地基承载力及桩身完整性进行检测评价。按着施工进度及检测方案的安排，首先应用低应变反射波法对A施工单位完成的4号楼CFG桩进行了10%的抽检，结果未发现异常，桩身波速值在3800～4200m/s之间，实测典型波形见图1。
　　
　　图14号楼2号桩反射波法实测曲线
　　由图1可见，当在桩顶施加一瞬时动力冲击后，仪器首先接收到的是入射波，在桩顶向下4m处弹性波发生反射，与入射波反相(整个场地其他桩桩间反相反射波位置大致相同，判断为地层变化引起的桩身扩径)，之后波形上存在一个与入射波同相位的反射波，当将该同相反射波作为桩底反射波分析时，这与场地实际桩土波阻抗差异水平一致(即：桩身波阻抗Z1大于土的波阻抗Z2)，按实际桩长计算时得桩身波速为3900m/s，在合理范围内，故可认为该位置即是桩底反射波。
　　而随后进行的B施工单位完成的5号楼CFG桩按10%抽检后却发现了明显的异常，抽测的所有桩均具有如图2所示实测波形。
　　
　　图25号楼28号桩反射波法实测曲线
　　由图2可见，28号桩波形除入射波外存在两个明显的反射波，先是一个反相反射波(1.20ms处)，后是一个同相反射波(4.81ms处)。反相反射波和4号楼应是相同的原因造成(见图1)。假定同相反射波为桩底反射(这与场地桩土波阻抗实际差异水平一致)，用设计桩长及其反射时间计算桩身波速将近5200m/s，与材料属性不符，也与以往类似工程检测经验极不一致，波速超出合理范围很多。而再往下寻找又没有出现可假定为桩底的同相反射，于是也就无法确知哪儿是桩底。也可以说，没有桩底反射。同批测试的其他桩波形与本桩相同，只是当假设曲线中唯一的同相反射为桩底时，其波速在4400～4900m/s之间，均超出合理范围很多。那么曲线中的同相反射是桩底，还是其他诸如断桩、严重缩径等严重缺陷呢?
　　（1)从检测角度看，检测日期在桩身混凝土龄期之后，检测设备在标定有效期内，检测人员有相当的检测经验，而且现场进行了数次的比对测试，结果都比较一致。
　　（2)桩基施工时，甲方、监理方及施工方均未发现异常情况。
　　（3)场地地质情况也比较简单，地层层面变化不大，不存在不良地质现象。
　　（4)施工单位属于清包，混凝土由甲方委托商混公司提供，按理说他们不会为了省料而往短里打。
　　（5)4号楼与5号楼具有相同场地条件，两栋楼CFG桩设计参数又基本一致，那么由4号楼测试结果可知，正常情况下5号楼的桩是能够测到桩底反射的，除非桩底反射前存在严重缺陷反射。
　　（6)对在本地区施工的CFG桩来说，同一批桩在大致相同的位置出现如断桩、严重缩径等严重缺陷的情况也是比较少见的，如果出现即表明这可能是一种系统性质的错误。从地质情况及施工工艺，以及从两家施工单位施工技术水平对比分析上认为不大可能出现这种情况。
　　基于以上分析经与各方协商决定应用低应变法对5号楼所有桩均进行检测，静载试验也同时进行。检测结果如下：
　　（1)单桩复合地基静载试验3个点最终沉降量分别为21.41mm、21.99mm、23.37mm，按规范取值，本工程复合地基承载力能满足170kPa的设计要求。
　　（2)低应变法第二次检测完成后，除一根桩波形曲线比较正常外，其余各桩与第一次测试结果基本一致。唯一正常的桩低应变法实测曲线见图3，该桩曲线形态与4号楼各桩实测曲线形态基本一致(见图1)。
　　
　　图35号楼16号桩反射波法实测曲线
　　经多方咨询查证，16号桩施工时存在如下背景：该桩为5号楼施工的第一根桩。施工时，监理有关人员就在现场并测量了施工机具的入土深度，可以说该桩的各项数据有相当的可靠性。
　　综合以上分析，可以认为5号楼所施工的CFG桩打短的可能性较大。也就是说，图2中按设计桩长估算的桩底位置之前的#桩间严重缺陷反射波∃是#桩底反射波∃的可能性较大。
　　施工单位对检测结果存在异议，招集各方挑选了28号桩进行取芯验证，取芯结果表明，该桩自桩顶向下至10.2m范围内芯样完整连续，之下又增加了一钻均为粉质粘土，与勘察报告相符。
　　从此例中也发现，按钻芯检测出的桩长10.2m进行分析时，桩身波速为4200m/s，处于波速范围的上限。如果发现桩短用何种波速去推测桩长，或者发现其他缺陷时用何种波速去估算缺陷位置呢?推算过程中显然存在一定的误差。有两种方法可以考虑，第一是如果能够用双速度检测出露桩段的波速就比较好，类似的是对CFG桩一般截掉的桩段都比较长，可以在工地寻找几根测试后取平均波速也可；第二种方法是可以取邻近工地相同桩型完整桩平均波速进行推算也比较合理，类似的也可以取相同桩型的地区经验波速。
　　3结语
　　低应变动反射波法在检测和判定短桩受到多种条件影响，因此本工程应用静载试验和低应变反射波法进行检测和判定短桩，试验效果明显。另外，检测人员的技术水平和实践经验对合理判定短桩有着重要影响，因此应提高检测人员的技术水平，以获得准确的检测和判定结果。
　　参考文献
　　[1]蔡以智.桩基低应变完整性测试的双速度分析[J]中国测试技术,2004,(02)
　　[2]王树栋,郑亚宏,舒森,高树全.低应变法在桩基浅部缺陷检测中的应用[J].路基工程,2011,(01)

《低应变法在桩基完整性检测探讨》

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