前言

　　混凝土鉆孔灌注樁是工程中常用的基樁形式之一,它適用于各種復雜的地質條件,具有質量優、承載能力強、造價低廉的優點,但鉆孔灌注樁從鉆孔開始到完成混凝土的灌注要經過多道施工工序,受地質條件、施工管理、機械設備、技術水平、原材料及配合比等因素的影響很大,在施工過程中稍有不慎極易發生斷樁事故或出現嚴重缺陷。據統計,國內外鉆孔灌柱樁的事故率高達5%～10%。因此,鉆孔灌注樁的完整性檢測就顯得格外重要。

　　在工程檢測中, 對基樁缺陷的誤判、漏判, 往往給工程安全造成隱患或致使建筑物產生不均勻沉降等工程質量事故。如何最大限度地減少誤判和漏判? 以下將從測試原理角度并結合工程實例作一些分析探討。

　　一、低應變反射波法的原理

　　低應變反射波法基樁完整性檢測是一種使用比較廣泛的基樁完整性檢測方法, 是將彈性固體內應力在一維空間的傳播作為理論基礎。即樁長遠遠大于樁徑時(有資料認為長徑比大于一個數量級以上)，可將樁作為一維彈性桿件。利用手錘(或力棒) 在樁頂施加一小沖擊力F( t) , 激發應力波沿樁身傳播, 應力波在傳播過程中如遇到樁截面縮徑, 擴徑, 砼離析, 斷樁等缺陷或樁底時, 波阻抗將發生變化, 從而使得應力波在該截面發生反射, 利用安裝在樁頂的傳感器(加速度計或速度計) 接收由初始信號和樁身缺陷或樁底產生的反射信號組合的時程曲線, 利用信號采集分析儀對所記錄的帶有樁身質量信息的波形進行處理和分析, 并結合有關地質資料和施工記錄對樁的完整性作出判斷。樁頂接收到的時域信號還包括樁側土阻力的增加(增大)或減小(表現為波阻抗減小)而引起的疊加信息, 因此可以根據時域曲線異常反射信號的位置來判斷樁缺陷的深度及對樁實際長度加以核對, 根據反射信號的相位變化或頻率分析來判斷樁缺陷的性質, 根據反射信號的幅值，用時域擬合曲線方法來確定樁缺陷的程度。

　　數學理論公式如下:

　　(1) 應力波在混凝土中的傳播速度為：

　　C = (E/P)1/2

　　(2) 定義樁阻抗為：

　　Z = EA/C = A × (EP)1/2 = ACP

　　C——縱波在樁身混凝土中的傳播速度，m/s;

　　E——混凝土的彈性模量，N/m2;

　　P——混凝土的密度,kg/m3。

　　Z——廣義波阻抗，Ns/m;

　　A——樁身的截面積，m2。

　　從此公式可以看出, 阻抗Z與樁身截面積及混凝土的強度有關。

　　(3) 當應力波V 從阻抗Z1 介質進入阻抗Z2 介質, 會產生反射波Vf和透射波Vt;

　　Vf = V×(Z 1 - Z 2)/(Z 1 + Z 2)

　　樁基的檢測波形還與樁側土阻力有關,通常認為突變較大的反射信號以樁身阻抗變化為主, 而漸變范圍較大的反射信號受土阻力影響大。完整樁的時域波形呈規律遞減，波形曲線形態平滑，波速較高，有1次或幾次明顯的樁底反射信號，樁底反射波信號與入射波同相。對于離析樁，一般反射波形不規則，反射不明顯，且波幅會出現陡降。縮頸樁，時域波形中常見到縮頸反射與樁底反射信號，縮頸處會出現幾次反射信號。擴頸樁處反射波相位與入射波相位相反，波頻不變。斷樁及嚴重缺陷樁，缺陷的上界面處可能產生強烈的正向波，下界面不產生負向波。夾泥樁通常反射波相位與入射波相位相同，但一般反射波波幅會發生畸變現象。

　　二、工程實例分析

　　按《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2003),根據檢測結果可將樁的質量分為四類,即:

　　Ⅰ類樁:動測波形規則衰減,樁底反身清晰。樁身完好,達到設計樁長。波速正常,混凝土強度高于設計強度等級。

　　Ⅱ類樁:動測波形有小畸變,樁底反射清晰。樁身有小缺陷,如擴頸、輕度縮頸、局部輕度離析等,對單樁承載力沒影響。

　　Ⅲ類樁:動測波形出現較明顯的不規則反射,對應樁身缺陷如:裂紋、離析、縮頸1/ 3 樁截面以上,波速偏低,混凝土達不到設計強度等級,對單樁承載力有一定影響。

　　Ⅳ類樁:動測波形嚴重畸變,對應樁身缺陷如:裂縫、嚴重離析、夾泥、嚴重縮頸、斷裂、樁長嚴重不足或與持力層沒有充分接觸等。Ⅳ類樁不能被工程使用。

　　某工程設計采用泥漿護壁鉆孔灌注樁，地層從上到下順序為雜填土層、黃色粉質粘土層、灰色粉質粘土層、細砂層、中砂層及卵石層，設計樁端持力層為卵石層，設計樁長7.5m左右，混凝土強度C25，樁徑400mm。檢測前地表土層已挖除2.0m，實際樁長5.5m左右。下面結合工程實際情況做進一步分析：

　　1#樁測試波形如圖2所示，樁間曲線平直，樁底反射清晰，檢測時混凝土齡期20天以上，波速為3460m/s，屬于正常范圍內，因為判定為Ⅰ類樁。由于該樁長徑比不大，所以樁底反射比較清晰。對于長徑比過大樁，應力波在傳播過程中有一定的損耗外樁端還與持力層充分接觸有關(如持力層波速與混凝土波速相相近)，有可能會形成樁底反射不清晰或看不見樁底，這種情況下不能按Ⅱ～Ⅳ類樁判定，這在檢測過程中應引起注意。

　　2#樁測試波形如圖5所示。該樁樁間曲線平直，樁底反射特別清晰。檢測時混凝土齡期20天以上，從檢測波形上能看到3次樁底反射，通過計算，波速明顯偏高，初步認定為斷樁或樁長明顯偏短。后經試驗證實承載力明顯偏低。通過了解得知，在成孔后停滯時間過長，造成孔底沉渣過多造成樁長偏短。

　　三、低應變反射波法測樁技術的缺點：

　　(1) 樁基質量判定上存在不穩定性。由于輸入的樁長往往和施工的實際樁長存在一定的出入,而導致實際的波速和算出的波速存在一定的差別。

　　(2) 在時間域中,速度曲線的沖擊脈沖寬度范圍是測試分析結果的盲區,難以發現樁頭淺部的缺陷。

　　(3) 上層大的缺陷會掩蓋下層缺陷。這是由于應力波在上層較大缺陷阻抗界面反射時,會產生多次反射,應力波向下傳播能量急劇減小,下層缺陷阻抗界面反射波信號難以接收到,所以很難探測到下部的其他缺陷。

　　(4) 樁身存在多處缺陷時,波形判讀較為困難,缺陷類型及程度難以判定。這是由于同一缺陷波阻抗界面的多次反射和不同缺陷波阻抗界面的多層反射相互疊加造成的。

　　四、結論

　　(1) 低應變反射波法進行橋梁鉆孔灌注樁的檢測,能夠快速對樁的質量進行定性描述,判定樁身的完整性,確定缺陷存在的位置。該方法不受場地條件限制,檢測儀器體積小、重量輕、攜帶方便,檢測費用低廉,檢測結果準確度高,非常適用于當前工程項目多、檢測頻率高的實際,對于確保工程建設質量滿足設計要求具有重要的意義。

　　(2) 該方法在樁的質量判定上存在一定的局限性,對波形的分析和判讀要求檢測人員具有豐富的實踐經驗。對于有缺陷的樁,需多方面綜合分析,必要時核查樁位的工程地質鉆探結果以及本樁鉆孔和灌注的施工原始記錄,如果有條件,可采用鉆芯取樣法對缺陷部位進行驗證性檢測,確定缺陷類型和程度,然后采用合理的修補技術和補強處理措施,以保證樁基礎的質量。

　　參考文獻

　　1　ISBN 7-112 06023-0，基樁質量檢測

　　2　《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106-2003)

　　3 《建筑基樁技術規范》(JGJ94-94)

　　4　ISBN7-114-04459-3，樁基工程檢測手冊

　　5　ISBN 7-112-00902-2，樁的動測新技術