基桩低应变法信号分析范文

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《广东土木与建筑杂志》2014年第七期

1信号浅部异常原因分析

基桩低应变法实测信号中浅部异常反射的产生原因有多种，桩身阻抗变化、桩周土阻力影响都会造成实测信号产生类似桩身缺陷的反射波，甚至桩身扩颈产生的反射波也可造成缺陷反射的假象，所以对桩身浅部缺陷反射信号应予以足够重视，必须采用科学有效的分析和验证方法寻找其原因，保证结果判定的准确性。

1.1桩身阻抗变化影响根据波动理论，在桩顶施加竖向激励时桩身若存在阻抗变化则会沿桩身产生上行波，当桩身阻抗减小时为拉力波，阻抗增大时为压力波。当桩身浅部存在显著缺陷时实测信号将在浅部出现拉力波，实测信号中出现与入射脉冲同向的反射信号，其信号特点为：①大幅值的缺陷反射波，同时可能存在多次反射；②入射波脉宽显著变大，入射脉冲发生畸变。某民宅工程采用f600钻孔灌注桩，桩长30m，破除桩头浮浆后进行低应变检测，其中3#桩实测低应变信号浅部有与入射脉冲同向的大幅值反射（如图1a），判断浅部桩身存在严重缺陷。对该桩进行开挖验证，如图1b，发现在距桩顶约0.8m左右桩身夹泥且存在水平裂缝，桩身存在严重缺陷。1#桩低应变检测实测信号中入射脉冲存在畸变且入射波脉宽显著增大（如图2a），判断其浅部存在严重缺陷，对1#桩进行开挖验证（如图2b），发现在距桩顶0.3~0.8m范围内桩身混凝土夹泥。由于缺陷较浅且夹泥范围较大，造成缺陷反射多次叠加后入射脉冲幅值变宽，导致波形畸变。某厂房工程基础采用预应力管桩，其中81#桩为f400，桩长20.2m（配桩12m+8.2m），低应变实测信号如图3。实测低应变信号浅部有大幅值反射，且可见多次反射，判断浅部桩身缺陷严重，通过桩身孔观察发现在距桩顶1.0m左右桩身有可见贯穿整个截面的裂缝，故该桩桩身断裂，完整性判为Ⅳ类。对于实测信号浅部存在显著缺陷的基桩由于其阻抗变化截面离桩顶距离短，应力波在桩顶和变阻抗截面处多次反射叠加造成信号采集和分析难度增加，甚至造成误判。

某体育馆工程采用f300管桩，由于送桩较深，施工方为节约工期，对于桩顶低于桩顶设计标高的桩采取开挖后接桩再回填的处理方法。7A#桩低应变实测信号异常，入射波脉宽稍有增大，负向反射明显，但从信号中无法判定桩身有显著缺陷。经了解该桩桩长21.7m（配桩11m+10m+0.7m），对该桩开挖后发现0.7m处的接桩位置处法兰盘仅采用点焊，焊接质量差，将0.7m接桩部分截除后再次进行低应变检测，两次测试信号及开挖照片如图4所示。两次低应变测试结果具有显著差异，根据第2次测试信号判定该桩完整性为Ⅰ类，可判断浅部接桩位置焊接质量对实测信号的影响不容忽视，当出现信号异常时应全面了解工程情况，并加以验证，避免轻判缺陷程度或误判缺陷位置。某工程采用f1200冲孔灌注桩，设计持力层为中风化花岗岩，CK111#桩桩长14.0m，对该桩进行低应变检测，实测信号如图5a。图中实测信号反映该桩在距桩顶约3.5m处有明显缺陷，且缺陷二次反射、三次反射清晰，完整性类别判为Ⅲ类，对该桩进行开挖验证，如图5b。

开挖后发现在距桩顶1.5m左右桩身急扩，扩颈处最大直径约2.0m，根据勘察资料，该场地上部分布一层淤泥层，扩颈很有可能是浅部淤泥层受混凝土挤压形成。根据应力波在桩身传播的基本原理，阻抗增大处的一次反射在桩顶产生上行压缩波，即与入射脉冲反向的反射波，二次反射在桩顶产生上行拉伸波，即与入射脉冲同向的反射波，故CK111#桩低应变信号中3.5m处的缺陷反射不一定是缺陷反射，很有可能为扩颈的二次反射，为验证判断的准确性，对该桩进行钻芯法试验，芯样照片如图5c。钻芯法验证CK111#桩桩身完整性为Ⅰ类，且嵌岩良好，由此可判断低应变信号中的大幅值同向反射并非桩身缺陷反射，而是扩颈处的二次反射，故对于灌注桩浅部缺陷反射判定应结合地质资料和施工工艺，必要时采用开挖或更高一级完整性检测方法验证，以确保检测结果的科学性和准确性。

1.2桩周土阻力影响实际工程中桩受桩周土的作用，桩身材料与桩周土之间的阻抗比对应力波的传播和衰减的影响不可忽视。珠三角地区为软土地区，浅部通常为淤泥土或粘土，对低应变浅部信号影响不大，但应特别注意回填碎石土、杂填土场地，回填成分含大粒径的碎石或建筑废料，其阻抗与桩身材料接近。通常管桩工程在沉桩前在软土层上回填碎石土以保证桩机行走安全和打桩垂直度，浅部土层阻抗增大加速了信号衰减，减小了有效检测深度，同时造成信号干扰。某工程基桩采用f300、f400预应力管桩，施工场地自西向东高程逐渐减小，最大落差4.0m，施工前将场地回填至施工标高，为方便桩机施工地表回填碎石土，最深处碎石土约2.0m。对基桩采用低应变法进行完整性检测，实测信号受回填碎石土影响显著，为准确判断桩身完整性，对个别信号浅部异常严重的桩分别采用高应变及开挖法验证。主楼21#桩为f400，桩长45.0m（配桩12m+12m+10m+11m），低应变实测信号如图6a，据此判断，该桩在3.0m左右有明显缺陷，中下部完整性基本无法判断。再对该桩进行高应变验证，实测信号如图6b，分析认为该桩桩身完整性良好，浅部无异常。对该桩开挖至3.2m，桩身未见缺陷（如图6c），回填软土后再次进行低应变测试，浅部并未有明显缺陷（如图6d），桩身完好，可以确定第1次低应变测试信号中的浅部显著异常是由于浅部回填碎石土层引起的。回填土场地低应变信号采集难度大，对于有疑问的信号可采取开挖或高应变验证，同时应提高高应变法的检测比例，低应变能量在浅部衰减，有效检测深度不足，对下部缺陷无法判断，带来安全隐患。

2结论

2.1桩身浅部存在显著异常的低应变实测信号的特点是：①大幅值的缺陷反射波，同时可能存在多次反射；②入射波脉宽显著变大，入射脉冲发生畸变。

2.2低应变实测信号存在浅部异常的桩在有条件的情况下可采用开挖验证的方法进行判断。

2.3对于灌注桩浅部缺陷建议采用钻芯法加以验证。

2.4对于回填土场地的管桩工程，应提高高应变检测比例，对低应变测试结果有疑问的桩建议采用高应变法进行验证。

2.5低应变法测得浅部存在显著异常的桩由于无法判断缺陷以下部位桩身完整性，需将缺陷破除后再次试验或以高一级的方法进行验证，以判断桩身中下部完整性，保证整桩的质量，避免出现漏判情况。

作者：钟燕茹单位：广东省建筑科学研究院