原力智, 徐 磊, 劉 軍

(湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心,湖北 武漢 430034)

隨著近些年施工樁型及工藝的多樣化、建筑場地地質(zhì)條件的日益復(fù)雜及基樁施工的高度隱蔽性等因素,對(duì)檢測人員素質(zhì)及能力提出了更高的要求,只有提高基樁檢測工作的質(zhì)量和判定結(jié)果的可靠性,才能保證基樁工程的質(zhì)量與安全,從而為后期的上部結(jié)構(gòu)安全奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

眾所周知,基樁樁身段淺部如果存在嚴(yán)重缺陷,會(huì)造成結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隱患,當(dāng)嚴(yán)重缺陷部位位于樁身淺部時(shí),將直接影響樁頂應(yīng)力向下傳遞,單樁承載力將大打折扣,其破壞后果不可想象。然而,在基樁低應(yīng)變反射波法檢測實(shí)踐中,如何較為準(zhǔn)確地分析判定基樁淺部是否存在嚴(yán)重缺陷,是檢測工作者常常面對(duì)的問題。本文就此結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)其低應(yīng)變反射波法實(shí)測曲線特征進(jìn)行探討和分析總結(jié)。

1 低應(yīng)變反射波法原理

低應(yīng)變反射波法是以一維波動(dòng)理論為基礎(chǔ)。假定樁身為一維彈性均勻桿件,假設(shè)一維平面應(yīng)力波沿樁身向下傳播,當(dāng)遇到樁身存在明顯的波阻抗差異界面時(shí),將產(chǎn)生反射和透射波。根據(jù)應(yīng)力波理論,樁身縱波可用下面的一維波動(dòng)方程表示:

(1)

根據(jù)應(yīng)力波理論,應(yīng)力波在樁身傳播過程中,波阻抗發(fā)生變化的界面處,縱波速度如下:

(2)

由上式可以看出,反射波法反映的也僅僅是樁身波阻抗相對(duì)變化的位置和程度,也就是相對(duì)的樁身結(jié)構(gòu)完整性,對(duì)缺陷的程度和性質(zhì)也是只做推斷分析,特別是樁身淺部位置。不清楚這一點(diǎn),在實(shí)踐應(yīng)用中就會(huì)容易造成錯(cuò)判、漏判的結(jié)論。有經(jīng)驗(yàn)的檢測人員還需運(yùn)用其他多種檢測手段作更進(jìn)一步檢測、驗(yàn)證等(如開挖、鉆芯等),匯總多方面信息及資料后綜合判定。

2 工程實(shí)例

為了更好地說明基樁存在淺部嚴(yán)重缺陷的時(shí)域曲線特征,本文先列出以下三條典型的完整樁時(shí)域曲線(圖1-圖3),基本特征滿足式(1)。

圖1 完整樁下預(yù)制管樁實(shí)測曲線圖Fig.1 Measured curve of prefabricated pipe pile under complete pile注：管樁外徑500 mm,樁長21 m,樁身砼強(qiáng)度等級(jí)C80.測試時(shí)手錘激發(fā),耦合劑采用橡皮泥。

下面介紹淺部存在嚴(yán)重缺陷的和淺部擴(kuò)徑引起的波形異常樁，實(shí)測曲線基本特征滿足式(2)，并附開挖驗(yàn)證照片。

在圖4中,可以看出預(yù)制管樁實(shí)測曲線形態(tài)為正弦振蕩曲線,在首峰下降處出現(xiàn)一明顯畸變拐點(diǎn),疑似該樁測點(diǎn)以下1 m左右范圍內(nèi)存在明顯缺陷。

圖2 完整樁下摩擦樁實(shí)測曲線圖Fig.2 Measured curve of friction file under complete pile注：樁徑800 mm,樁長21 m,樁身砼強(qiáng)度等級(jí)C40,測試時(shí)力棒激發(fā),耦合劑采用橡皮泥。

圖3 完整樁下嵌巖樁實(shí)測曲線圖Fig.3 Measured curve of socketed pile under complete pile注：樁徑1 000 mm,樁長22 m,樁身砼強(qiáng)度等級(jí)C35,測試時(shí)力棒激發(fā),耦合劑采用橡皮泥。

圖4 淺部缺陷下預(yù)制管樁實(shí)測曲線圖Fig.4 Measured curve of prefabricated pile under shallow defect注：管外徑500 mm,樁長25 m,樁身砼強(qiáng)度等級(jí)C80.測試時(shí)手錘激發(fā),耦合劑采用橡皮泥。

開挖情況證明該樁距樁頂1.1 m左右存在多條裂縫,間距20～30 cm,但均未貫穿(圖5)。

圖5 開挖深度1.5 m，驗(yàn)證照片F(xiàn)ig.5 Verifying photo of excavation depth of 1.5 meters

在圖6中,可以看出嵌巖樁實(shí)測曲線形態(tài)在2/LC時(shí)刻前出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷反射波和周期性反射波,無樁底反射波。疑似該樁測點(diǎn)以下2.8 m左右范圍內(nèi)存在明顯缺陷。

圖6 淺部缺陷下嵌巖樁實(shí)測曲線圖Fig.6 Measured curve of socketed pile under shallow defect注：樁徑800 mm,樁長29 m,樁身砼強(qiáng)度等級(jí)C40,測試時(shí)力棒激發(fā),耦合劑采用橡皮泥。

開挖情況證明該樁距樁頂2.7 m處斷裂,為嚴(yán)重樁身缺陷(圖7)。

圖7 開挖深度3 m，驗(yàn)證照片F(xiàn)ig.7 Verifying photo of excavation depth of 3 meters

在圖8中,可以看出嵌巖樁實(shí)測曲線形態(tài)為距樁頂1.9 m左右有一異常同向反射波,后續(xù)波形正弦振蕩,疑似為明顯縮徑類缺陷。

圖8 淺部缺陷下嵌巖樁實(shí)測曲線圖Fig.8 Measured curve of socketed pile under shallow defect注：樁徑1 000 mm,樁長22 m,樁身砼強(qiáng)度等級(jí)C40,測試時(shí)力棒激發(fā),耦合劑采用橡皮泥。

圖9顯示嵌巖樁身完整情況,將擴(kuò)徑部位截除后再予檢測,檢測波形完好,判定為Ⅰ類樁。證明原檢測波形異常部位是由該部位樁身不規(guī)則擴(kuò)徑所導(dǎo)致的。

圖9 開挖深度2 m，驗(yàn)證照片F(xiàn)ig.9 Verifying photo of excavation depth of 2 meters

在圖10中,可以看出嵌巖樁實(shí)測曲線形態(tài)為距樁頂0.8 m左右負(fù)向首波異常,后續(xù)波形正弦振蕩,疑似為樁頂淺部明顯離析或存在空洞類缺陷。

圖10 淺部缺陷下嵌巖樁實(shí)測曲線圖Fig.10 Measured curve of socketed pile under shallow defect注：樁徑1 000 mm,樁長19 m,樁身砼強(qiáng)度等級(jí)C40,測試時(shí)力棒激發(fā),耦合劑采用橡皮泥。

開挖情況證明該樁距樁頂1 m處樁身存在大肚現(xiàn)象(擴(kuò)徑),為探明擴(kuò)徑部位以下樁身完整情況,擴(kuò)徑部位截除后再予檢測,檢測波形完好,判定為Ⅰ類樁(圖11)。證明原檢測波形異常部位是由該部位樁身混凝土大肚(擴(kuò)徑)所導(dǎo)致的。

3 綜合分析總結(jié)

根據(jù)大量工程樁的實(shí)測以及開挖驗(yàn)證結(jié)果,通過實(shí)例分析,基樁淺部缺陷低應(yīng)變曲線主要有如下特征:

(1) 檢測曲線失真,呈現(xiàn)不規(guī)則振蕩衰減,即在樁頂附近存在缺陷時(shí),激振時(shí),樁頂與傳感器同時(shí)振動(dòng)。

圖11 開挖深度1 m，驗(yàn)證照片F(xiàn)ig.11 Verifying photo of excavation depth of 1 meter

(2) 曲線基本形態(tài)為長周期的正弦振蕩曲線,總體呈指數(shù)規(guī)律衰減,形成大振幅的低頻寬幅大擺動(dòng)波形[1]。

(3) 首波后往往疊加有淺部缺陷的多次反射波,小錘、高脈沖時(shí)很容易體現(xiàn)出來,重錘、低脈沖時(shí)就不明顯[2]。距樁頂極淺部位缺陷時(shí),曲線波形的同一性較差,即不同測點(diǎn)采取得曲線一致性很差。

(4) 當(dāng)缺陷為全截面斷裂時(shí),檢測曲線往往表現(xiàn)為正弦振蕩信號(hào),未全截面斷裂時(shí),振蕩曲線上往往疊加有缺陷截面的反射信號(hào)。

4 結(jié)束語

工程樁淺部缺陷(距樁頂1.0～2.0 m)在判定上與一般的缺陷判別相似,區(qū)別在于缺陷部位距樁頂較近,導(dǎo)致缺陷信號(hào)多次反射并產(chǎn)生疊加效應(yīng),以至于很難發(fā)現(xiàn)樁底信號(hào),容易造成誤判。對(duì)此,檢測人員應(yīng)從多方面入手,結(jié)合地質(zhì)條件、施工工藝、施工參數(shù),必要時(shí)采取開挖、鉆心等多種手段交叉印證,只有這樣才能客觀地判斷淺部缺陷性質(zhì)和位置。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國建筑科學(xué)研究院.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范：JGJ106-2014[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2014.

[2] 陳凡,徐天平,陳久照.基樁質(zhì)量檢測技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014.