低應變法分析某工程載體樁上浮實例

鄧 波，于秉坤，朱 坪，梁青斌，楊 勇

(中節能建設工程設計院有限公司，四川成都 610052)

在工程測試中，低應變法的目的是檢測樁身缺陷及其位置，判定樁身完整性類別。在《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106－2003 中，僅對嵌巖樁當樁底時域反射信號為單一反射波且與錘擊脈沖信號同相時，應采取其他方法核驗樁端嵌巖情況作出了規定，對基樁上浮引起低應變測試樁底反射信號的放大畸變沒有做出相應的闡述說明。文章結合工程實例及低應變測試原理，證實該方法對于判定工程樁上浮是可行的，具有一定的指導意義。

1 測試原理

1.1 低應變測試原理

利用手錘(或力棒)在樁頭施加一小沖擊擾動力F(t)，激發一應力波沿樁身傳播，然后利用速度檢波器或加速度傳感器接收由初始信號和由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所記錄的帶有樁身質量信息的波形特征進行處理和分析，并結合有關地質資料和施工記錄對樁身完整性進行分析。現場測試工作如圖1 所示。

圖1 現場測試示意

1.2 基本理論依據與典型波形

1.2.1 廣義波阻抗及波阻抗界面

設樁身某段為一分析單元，其樁身介質密度、彈性波波速、截面面積分析用ρ、C、A 表示，則令

當樁身的幾何尺寸或材料的物理性質發生變化時，則相應的ρ、C、A 發生變化，其變化發生處稱為波阻抗界面。其比值稱為廣義波阻抗比可表示為:

1.2.2 應力波在阻抗界面處的反射與透射

設一維平面應力波沿樁身傳播，直達與傳播方向垂直的波阻抗界面如圖2 所示。

圖2 應力波的反射與透射

根據應力波理論，由連續性條件和牛頓第三定律有:

式中:U、ρ 分別表示應力波的速度和應力，下標I、R、T分別表示入射波、反射波和透射波。由波陣面動量守恒條件，由式(4)得:

聯立式(3)、(4)，求解可得:

式(6)和(7)就是低應變測試中利用的反射波與入射波的速度量的相位關系來作分析的重要關系式。

1.2.3 低應變測試載體樁應力波的反射、與入射的關系

1.2.3.1 樁身嵌入載體情況

此時，因為ρ1C1A1與ρ2C2A2相差不大，所以n=Z2/Z1接近于1，代入式(7)得F≈0(T 恒＞0)。

由上式(7)可知，在樁嵌入載體完好的情況下，在低應變測試曲線中，樁底反射并不明顯，樁底后的載體反射明顯。

1.2.3.2 樁身上浮，未嵌入載體情況

此時，樁身相當于在樁端與載體接觸地方完全脫開。Z2相當于空氣的波阻抗，有Z2→0，可得:

由式(7)得:F=－1，T=0

代入式(6)，可得UR=UI，UT=0

即應力波在脫開處發生反射，由于透射波為零，故應力波僅在樁身段多次反射而到不了載體，且反射幅值過大，類似于基樁樁端自由的情況。

典型實測V(t)曲線如圖3 所示。

圖3 典型實測V(t)曲線

圖3 多次反射，樁端反射信號類似于樁端自由情況，不見載體反射信號

2 工程地質條件

3 檢測情況分析

現場施工前先做了4 根試樁，這4 根試樁均設置了不同程度的上浮量，在進行單樁豎向抗壓靜載試驗前先進行了低應變測試，后進行了單樁豎向抗壓靜載試驗，其中上浮量最大的234#樁在加載至902.4 kN 過程中，樁頂位移過大，該級沉降量超過上一級沉降量的15 倍以上，以后的加載過程中沉降趨于穩定，未發現陡降現象，總沉降量滿足規范要求，小于60 mm。其檢測結果見圖4、圖5。

234#樁低應變7 次樁底反射信號幅值與敲擊信號幅值及其比值結果見表1。

圖4 234#樁單樁豎向抗壓靜載試驗Q～S 曲線

圖5 234#樁靜載試驗前的低應變測試曲線

表1 234#樁低應變7 次測試結果

234#樁測試的7個曲線樁底反射信號幅值/敲擊信號幅值比值在0.19～0.29 之間，平均值0.235。

在后期的工程樁施工過程中，根據234#樁在靜載試驗中出現的異常情況結合低應變測試的7個曲線測試結果對工程樁進行施工監控，以平均值0.235 作為判別標準，超過0.235 的樁判別為異常，視為載體樁上浮并會影響單樁承載力的發揮。

在測試的328 根工程樁中，選取每根樁樁底反射最大且樁底反射特征類似圖3 的曲線分析，發現有38 根樁出現異常，其樁底反射信號幅值/敲擊信號幅值比值在0.241～0.467 之間。

根據低應變測試的結果，施工單位進行了復打，在復打的過程中運用低應變測試方法對復打樁進行了實時監控，根據復打結果，各上浮樁的復打沉降量在3～56 mm 之間，平均值21.1 mm。

4 結論

(1)通過該工程實踐，應用低應變測試曲線樁底反射信號特征結合該載體樁施工特點分析基樁的上浮是可行的，并且在復打的過程中可以對復打進行實時監控，提出合理化建議;

(2)本次低應變測試理論的建立是測試場地地質土層無重大變化，測試信號不受土層阻抗的影響，并且測試的樁樁身完整，樁底信號幅值不受樁身缺陷的影響，測試時測試儀器的參數設置不變。只有在以上條件都符合的情況下，低應變測試分析基樁上浮的結果才具有針對性和可靠性。

［1］JGJ 106－2003 建筑基樁檢測技術規范［S］

［2］中國科學院武漢巖土力學研究所智能儀器儀器研究室.RSM工程動測儀使用手冊［S］.2003