某高速公路互通立交橋樁基低應變反射波法檢測實例分析

許煥新

某高速公路互通立交橋樁基低應變反射波法檢測實例分析

許煥新

（福建省交通規劃設計院，福州350004）

摘要結合某高速公路工程樁基檢測情況，簡要介紹了低應變反射波法的檢測原理，闡述了低應變法在基樁現場檢測過程中各環節對檢測數據的影響，提出了切實檢測技術分析，準確判定樁身完整性。

關鍵詞低應變反射波實例分析

1　低應變反射波法檢測原理

1.1檢測理論依據

樁基完整性的低應變反射波法檢測技術是以一維波動理論為基礎的。由一維波動理論可知，樁的波阻抗Z是其樁基橫截面積A、材料密度ρ和彈性模量E的函數，見公式（1）：

1.3樁基完整性判定標準

式中，c為樁中應力波傳播速度。當樁身存在明顯波阻抗差異的界面或樁身截面積變化部位時，將產生反射波，不同性質、不同程度的缺陷會導致不同相位與大小的反射波，此外樁周土阻尼的影響也會導致波形異常。

1.2現場檢測流程

檢測前對樁頭進行必要的處理，首先挖至樁頂設計標高，鑿去浮漿，平整樁頭。在樁頂安裝加速度傳感器，并將加速度傳感器連線至采集儀。采集開始前，對檢測儀器設備進行全面檢查，確認儀器設備的性能狀態良好。現場測試方法如圖1所示，利用手錘（或力棒）在樁頂施加一瞬態脈沖激勵F（t），激發一壓縮應力波沿樁身向下傳播，當下行的應力波在傳播過程中遇到樁身內存在的明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁、離析、夾泥等部位）或樁身截面積變化（如縮徑，擴徑）部位，將產生反射波。由安裝在樁頂的加速度傳感器接收來自樁身不同部位的反射信號，通過對信號進行放大、濾波等處理，得到合適的速度時程曲線。根據對波形曲線特征進行分析，計算平均波速，并結合工程地質及施工記錄，綜合判斷樁身的完整性類別。

圖1　低應變反射波法檢測系統

在《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106-2014和《公路工程基樁動測技術規程》 （JTG/TF81-01-2004） （以下簡稱《規范》）中，樁身完整性定義為：反映樁身截面尺寸相對變化、樁身材料密實性和連續性的綜合定性指標；樁身缺陷定義為：使樁身完整性惡化，在一定程度上引起樁身結構強度和耐久性降低的樁身斷裂、裂縫、縮頸、夾泥（雜物）、空洞、蜂窩、松散等現象的統稱。注意，樁身完整性不是嚴格的定量指標，對不同的樁身完整性檢測方法，具體的判定特征各異，但為了便于采用，應有一個統—的分類標準。所以，樁身完整性類別是按缺陷對樁身結構承載力的影響程度，統一劃分為四類的：

Ⅰ類—樁身完整。

Ⅱ類—樁身有輕微缺陷.不會影響樁身結構承載力的正常發揮。

Ⅲ類—樁身有明顯缺陷，對樁身結構承載力有影響。一般應采用其他方法驗證其可用性，或根據具體情況進行設計復核或補強處理。

Ⅳ類—樁身存在嚴重缺陷，—般應進行補強處理。

2　基樁低應變反射波法檢測常見缺陷成因分析

基樁中常見的缺陷有∶蜂窩、離析、縮徑、擴徑、夾泥（層）、斷裂等。現對各種缺陷產生的原因和條件以及反射波的曲線特征分別加以分析。

（1）蜂窩狀缺陷：一般是由于配料不當，或是井壁掉下的泥、砂及殘留在樁體中的浮渣和浮漿等造成。由于這些小孔洞是分散在膠結較好的混凝土中，激振波的一部分成為反射波返回樁頂；一部分被散射；一部分直接透射或繞射到達樁底，再反射回到樁頂。所以，反射波曲線中有振幅較小的同相缺陷反射波與振幅更弱的同相（持力層為土層或強風化層）或反相（持力層為中風化巖）的樁底反射波。樁身平均縱波速度稍低于完整樁。

（2）離析類缺陷：混凝土攪拌不均勻，運輸路徑太長，混凝土受水沖泡等，使粗骨料集中在一起，造成樁身混凝土離析。在離析類缺陷的頂界面上產生同相反射波，在其下界面上產生相對較弱的反相反射波，當其出現在深部時為單一衰減型正弦波。在淺部時多為合成波。

（3）縮徑類缺陷：當樁孔穿過遇水膨脹的土層時，樁孔四周該土層遇水后向樁孔中凸起，使該處的樁徑縮小。此外，當樁身穿過含承壓水的地層時，由于地水的不斷沖刷，使混凝土的砂漿流失，產生縮徑。在縮徑類缺陷的頂界面上產生同相反射波，在底界面上產生相對較弱的反相反射波，振幅的大小與縮徑的大小有關。此類缺陷與離析蜂窩類缺陷的根本差別是：激振波可以通過樁身中部到達樁底產生反射波回到樁頂，樁身平均縱波速度正常。

（4）擴徑類缺陷：在容易崩落土層中能產生擴徑；基樁復打時能在遇水膨脹及松軟土層處產生擴徑；在巖石中爆破成孔也常常產生擴徑。擴徑部分上界面產生反相反射波，下界面上產生相對較小的同相反射波。

（5）斷裂類缺陷：致使樁身斷裂的原因較多。主要有跳打不合理造成的鄰樁擠壓斷裂或土體隆起將樁拔斷；灌樁過程中較長時間停工，繼續施工形成浮漿將樁隔斷。混凝土澆灌時拔管過快容易造成斷樁；挖土機開溝將樁拉斷等外力作用下造成斷樁。樁身斷裂，裂口充水或充氣，反射系數很大，反射波很明顯，振幅大。若斷裂面平整、斷裂面到樁頂的距離不太大，能在檢測曲線上出現3次以上反射。

3　工程檢測實例

3.1工程概況

某高速公路互通立交橋共有A、B、D、E四座匝道橋。其中B匝道橋中心樁號BK0+316.510，起點樁號為 BK0+175.510，終點樁號為 BK0+457.510，橋長282m。橋型布置為9×30m預應力混凝土連續T梁（預制），標準橋面寬度為9m，其橫向布置為0.5m（防撞欄桿）+8m（行車道）+0.5m（防撞欄桿）。5號墩處設一道D160型伸縮縫，兩橋臺處各設置一道D80型伸縮縫，臺后均設8m搭板。橋墩采用柱式墩配樁基礎，橋臺采用板凳臺配樁基礎、U形橋臺配擴大基礎。

整個匝道橋中，每個橋臺有4根鉆孔灌注樁，每個橋墩有2根鉆孔灌注樁，全匝道共20根鉆孔灌注樁基礎。鉆孔灌注樁樁徑1600mm，設計砼強度等級C25，設計樁長均為，設計基樁類型為端承樁，持力層為微風化凝灰熔巖。根據地質資料，該工程主要地層組成情況：回填土（局部見粘性土、全風化）、強風化、微風化凝灰熔巖。選取其中8號墩同一承臺的兩個樁基進行檢測分析。

3.2檢測波形曲線及分析

選取的8號墩B8-1和B8-2鉆孔灌注樁，樁長均為10.1m長，樁徑Φ1600mm，設計砼強度C25，設計基樁類型為端承樁，持力層為微風化凝灰熔巖。地質資料顯示，該基礎地層組成情況為回填土（局部見粘性土、全風化）、強風化、微風化凝灰熔巖。

下面兩組波形分別為B8-1和B8-2樁檢測波形曲線。圖2為B8-1樁低應變反射波實測曲線圖，圖3為B8-2樁低應變反射波實測曲線圖。

圖2　B8-1樁低應變反射波實測曲線圖

圖3　B8-2樁低應變反射波實測曲線圖

對上述該兩根樁的低應變實測曲線進行分析，B8-2樁的低應變曲線顯示樁底有強烈的反向反射信號，說明樁底與持力層基巖接觸良好，波形曲線順滑，樁基完整性好。而B8-1樁的低應變曲線顯示樁底有強烈的同向反射，懷疑樁底質量較差或與持力層基巖接觸不好，經與各方商議，為此進行了鉆芯法驗證。

鉆芯結果顯示，該樁底部與持力層基巖接觸較好，樁底沉渣厚度符合規范要求，樁身完整性較好。經多位專家深入分析，認為樁底同向反射波產生原因在于樁底持力層雖為微風化凝灰熔巖，但巖層裂隙較發育，泥漿充填裂隙，導致樁底砼與基巖接觸面之間會形成離析類缺陷，界面上產生同相反射波。說明低應變法在判斷樁底接觸情況時不易把握，有可能造成誤判。該實例說明在進行低應變反射波檢測過程中，應結合工程具體情況具體分析，考慮問題要周到細致，避免出現誤判和漏判，確保檢測工作的準確性。

4　結束語

低應變反射法具有檢測快捷方便、效率高、能夠實時做出判斷等特點，可檢測的范圍大，可用來檢查樁身完整性，并可檢查縮徑、擴徑、夾泥、斷樁、空洞、離析、沉渣等情況。但低應變反射波法受到的干擾因素較多，如：樁身截面突變、激振方式選用、樁頭的處理情況等都會對判別結果造成影響。在應用該法檢測時對于大直徑樁、長徑比很小的樁，應注意其尺寸效應，不能完全用一維理論來解釋，可采用增加檢測點、與其它檢測方法相互校核的方式進行。

參考文獻

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