邱奕超，郭德順，鐘文衡

(1.廣東省地震局，廣東 廣州 510070；2.廣東省工程勘察院實(shí)驗(yàn)與物探測(cè)試中心，廣東 廣州 510510）

0 前言

樁基屬地下隱藏工程，無(wú)法采用簡(jiǎn)單、直觀的方法對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，樁基常會(huì)出現(xiàn)縮頸、斷裂、夾泥、沉渣，若受地下水等因素影響，還會(huì)表現(xiàn)為混凝土密實(shí)性差、或骨料、水泥砂漿相對(duì)集中等諸多質(zhì)量問(wèn)題，因此在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)格外小心。目前低應(yīng)變反射波法被廣泛的用于工程基樁的樁身完整性檢測(cè)，它是基于應(yīng)力波理論通過(guò)研究樁土體系的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，分析實(shí)測(cè)波形的特征來(lái)判斷樁身完整性類別、樁身缺陷位置及缺陷程度、嵌巖樁樁端嵌固質(zhì)量情況。設(shè)備輕便，方法快速、可靠、經(jīng)濟(jì)，對(duì)場(chǎng)地的要求小，可對(duì)工程樁進(jìn)行快速普查[1]。

1 基本原理

低應(yīng)變反射波法是假設(shè)樁為等截面的細(xì)長(zhǎng)桿，四周無(wú)側(cè)助力作用，頂端受激振力或其他振動(dòng)形式的沖擊后，沖擊能量都以應(yīng)力波的形式沿樁身傳遞，傳遞過(guò)程是以一維波動(dòng)方程為數(shù)學(xué)模型[2]。且桿件截面變形仍然保持平面，桿件變形與受力成正比，由振動(dòng)理論基礎(chǔ)得知，樁體縱向振動(dòng)的微分方程為：

其中，u為樁身在x方向上的位移，C為應(yīng)力波沿樁身的傳播速度，C=，E為材料彈性模量，ρ為介質(zhì)密度。

其樁身波阻抗，縱波波速及缺陷位置的計(jì)算表達(dá)式為：

基中Z為樁身波阻抗，S為樁身橫截面面積，L為樁長(zhǎng)，t為樁底反射波雙程旅行時(shí)間，L'為樁身缺陷位置，t'為缺陷處反射波雙程旅行時(shí)間。

值得注意的是，波速由實(shí)測(cè)值決定，通常實(shí)測(cè)的波速是樁的平均波速，缺陷位置的波速一般大于平均波速，因此，確定缺陷位置時(shí)要適當(dāng)考慮這一因素的影響。設(shè)樁在某截面處其阻抗發(fā)生變化，變化前后的阻抗分別為Z1和Z2，如下式。

其中，ur為入射波位移，u0為反射波位移，a=Z2/Z1。

由式（5）可知，在t=2L/C時(shí)間內(nèi)，當(dāng)樁身阻抗由大變小時(shí)，a＜1，入射波與反射波同相。當(dāng)樁身阻抗由小變大時(shí)，a＞1，入射波與反射波反相。當(dāng)樁身阻抗無(wú)變化時(shí)，a=1，反射波為零，即不存在反射現(xiàn)象。實(shí)測(cè)中，要根據(jù)實(shí)測(cè)樁身阻抗波形曲線變化情況，再結(jié)合式（2）判斷樁身的缺陷性質(zhì)[3]。

2 檢測(cè)實(shí)例

某工地工程樁為φ800～φ1500鉆孔灌注樁，樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖，入巖為1D，設(shè)計(jì)樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25。按規(guī)范要求對(duì)該工地43根樁進(jìn)行低應(yīng)變反射波法檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)樁砼齡期已達(dá)到28天，經(jīng)對(duì)動(dòng)測(cè)波形分析后，發(fā)現(xiàn)正常樁樁端反射不明顯（見(jiàn)圖1），并有一定數(shù)量的樁，均存在不同程度不同類型的缺陷，經(jīng)建設(shè)方同意，決定對(duì)幾根初判為有缺陷的樁進(jìn)行鉆芯法檢測(cè)核驗(yàn)。

圖1 1#樁實(shí)測(cè)曲線圖Fig.1 Measured curve of 1#pile

各類缺陷或樁底產(chǎn)生的反射波，究其原因是由于樁的波阻抗，樁身截面積S或介質(zhì)密度ρ產(chǎn)生變化引起的。

（1）樁底持力層軟弱基巖引起缺陷，其地質(zhì)性狀未達(dá)設(shè)計(jì)要求

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)3#、4#、5#樁，其樁端反射為單一同相反射，且其樁端反射波幅相對(duì)較大,尤其是5#樁（見(jiàn)圖2），初步推斷樁端嵌巖質(zhì)量有問(wèn)題。

抽芯結(jié)果顯示：3#樁抽芯檢測(cè)樁長(zhǎng)21.76 m。4#樁抽芯檢測(cè)樁長(zhǎng)22.00 m，樁底為半巖半土狀軟弱的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。5#樁抽芯檢測(cè)樁長(zhǎng)21.90 m，樁底為土柱狀軟弱的全風(fēng)化花崗巖。

由于樁底持力層強(qiáng)度變軟，材質(zhì)ρ變小，波速c變小，則波阻抗明顯變小，產(chǎn)生同相反射。且樁底持力層巖性強(qiáng)度越小，樁底反射應(yīng)相對(duì)明顯，反射波幅應(yīng)相對(duì)明顯。

圖2 3#、4#、5# 樁實(shí)測(cè)曲線圖Fig.2 Measured curves of 3#,4#,5#piles

（2）樁底混凝土松散引起缺陷

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)16#樁，其樁端反射為單一同相反射，且其樁端反射波幅相對(duì)較大，初步推斷樁端嵌巖質(zhì)量有問(wèn)題（圖3）。抽芯結(jié)果顯示：16#樁樁底（24.45～24.67 m）有22cm一段砼芯只見(jiàn)散塊狀粗骨料，未見(jiàn)水泥砂漿膠結(jié)。由于樁底松散，波速c變小，則波阻抗變小，產(chǎn)生同相反射。

（3）樁底沉渣引起缺陷

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)15#、19#、22#、32#、33#樁，其樁端反射為單一同相反射，且其樁端反射波幅相對(duì)較大，初步推斷樁端嵌巖質(zhì)量有問(wèn)題 (圖4）。

圖3 16#樁實(shí)測(cè)曲線圖Fig.3 Measured curve of 16#pile

圖4 15#、19#、22#、32#、33# 樁實(shí)測(cè)曲線圖Fig.4 Measured curves of 5#,19#,22#,32#,33#piles

抽芯結(jié)果顯示：15#樁抽芯檢測(cè)樁長(zhǎng)25.60m，見(jiàn)沉渣3cm。19#樁抽芯檢測(cè)樁長(zhǎng)23.91m，見(jiàn)沉渣5cm。22#樁抽芯檢測(cè)樁長(zhǎng)24.46m，見(jiàn)沉渣4cm。32#樁抽芯檢測(cè)樁長(zhǎng)23.10m，見(jiàn)沉渣4cm。33#樁抽芯檢測(cè)樁長(zhǎng)21.91m，見(jiàn)沉渣5cm。

樁底沉渣過(guò)厚，相當(dāng)于材質(zhì)ρ變小，波速c變小，則波阻抗變小，會(huì)產(chǎn)生同相反射。且樁底沉渣越厚，樁底反射應(yīng)相對(duì)明顯，反射波幅應(yīng)相對(duì)明顯。

（4）樁身夾泥引起缺陷。

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)10#樁，除了其樁端有一同相反射外，持力層基巖軟弱引起，且樁身中段亦有一相對(duì)較弱的同相反射，初步推斷樁中段應(yīng)有質(zhì)量問(wèn)題（圖5）。抽芯結(jié)果顯示：10#樁在13.05～14.50m處有1.45m一段砼膠結(jié)較差且?jiàn)A泥。樁身夾泥，相當(dāng)于材質(zhì)ρ變小，波速c變小，則波阻抗變小，會(huì)產(chǎn)生同相反射。

圖5 10#樁實(shí)測(cè)曲線圖Fig.5 Measured curve of 10#pile

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于嵌巖樁，當(dāng)樁端反射信號(hào)為單一反射波且與錘擊脈沖信號(hào)同相時(shí)，應(yīng)結(jié)合巖土工程勘察和設(shè)計(jì)等有關(guān)資料，以及結(jié)合樁端同相反射波幅的相對(duì)高低來(lái)綜合判斷嵌巖質(zhì)量，必要時(shí)應(yīng)采取其它合適方法（如鉆芯法）進(jìn)行核驗(yàn)，以確保樁基礎(chǔ)工程的安全性[4]。

樁身夾泥缺陷，表現(xiàn)為樁身反射信號(hào)波幅雖不高且較平坦，但波幅較寬，這時(shí)應(yīng)引起注意是否存在夾泥等較嚴(yán)重的缺陷。

鉆孔灌注樁常會(huì)出現(xiàn)縮頸、斷裂、夾泥、沉渣、砼膠結(jié)差骨料松散等諸多質(zhì)量問(wèn)題，若受地下水等因素影響，還會(huì)表現(xiàn)為混凝土密實(shí)性差、或骨料、水泥砂漿相對(duì)集中等現(xiàn)象， 因此在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)格外小心，充分利用各種資料進(jìn)行綜合判斷。

[1]涂偉榮，譚平，周福霖，等.房屋建筑抗震易損性分析方法研究綜述[J].華南地震，2011，31（1）：47-54.

[2]王輝鵬.反射波在基樁完整性檢測(cè)中的應(yīng)用[J].工業(yè)建筑，2006，36：817-818.

[3]張冬美.低應(yīng)變反射波法在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2010，36（6）：118-119.

[4]李五庫(kù).反射波法在樁基完整性檢測(cè)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2007，33（35)：143.